CH707605B1 - Electronic circuit and control device for a clockwork. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung mit einem Kondensator (26) zur Spannungsversorgung der elektronischen Schaltung und einem Gleichrichter (23) zum Gleichrichten einer Wechselspannung und zum Laden des Kondensators (26). Eine Komparatorschaltung (11) vergleicht die Kondensatorspannung (V dd ) mit einer Referenzspannung (V ref ), wobei die elektronische Schaltung ausgebildet ist, auf der Basis der Komparatorschaltung (11) zumindest eine Komponente des Gleichrichters (23) zur Unterbrechung des Ladens des Kondensators (26) periodisch auszuschalten.The invention relates to an electronic circuit having a capacitor (26) for supplying power to the electronic circuit and a rectifier (23) for rectifying an AC voltage and for charging the capacitor (26). A comparator circuit (11) compares the capacitor voltage (V dd) with a reference voltage (V ref), wherein the electronic circuit is formed on the basis of the comparator circuit (11) at least one component of the rectifier (23) for interrupting the charging of the capacitor (23). 26) periodically switch off.

Description

Beschreibungdescription

Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltung mit einem Kondensator zur Spannungsversorgung und einem Gleichrichter zum Gleichrichten einer Wechselspannung und zum Laden des Kondensators. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Regelorgan für ein Uhrwerk, das eine Unruh, eine piezoelektrische Spiralfeder und eine elektronische Schaltung zur Anpassung der Steifigkeit der piezoelektrischen Spiralfeder umfasst.Technical Field The invention relates to an electronic circuit having a capacitor for supplying power and a rectifier for rectifying an AC voltage and charging the capacitor. The invention also relates to a control device for a movement comprising a balance, a piezoelectric coil spring and an electronic circuit for adjusting the stiffness of the piezoelectric coil spring.

Stand der Technik [0002] Mechanischen Uhren werden von einer Aufzugsfeder angetrieben. Diese Feder ist der Motor der mechanischen Uhr: Sie wird entweder manuell oder durch das Tragen über den automatischen Aufzugsmechanismus der Uhr am Handgelenk aufgezogen und speichert so die Energie. Diese wird dann kontinuierlich an das Räderwerk abgegeben.Background Art Mechanical watches are driven by an elevator spring. This spring is the engine of the mechanical watch: it is wound up either manually or by wearing over the automatic winding mechanism of the watch on the wrist and thus stores the energy. This is then delivered continuously to the wheel train.

[0003] Das Räderwerk ist eine Art Getriebe, das die grosse Energie des Federhauses an kleine Räder (Minuten-, Kleinboden-, Sekunden- und Ankerrad) abgibt und übersetzt. Die Hemmung sorgt als Verbindungsglied zwischen Räderwerk und Unruh für die Taktweitergabe und gibt über das Ankerrad und den Anker die Antriebsenergie vom Federhaus an die Unruh ab und hält diese am Schwingen. Die Hemmung, gesteuert durch das Regelorgan, befreit und stoppt das Räderwerk in sehr präzisen Intervallen.The gear train is a kind of gear that gives the big energy of the barrel to small wheels (minute, Kleinboden-, second and escape wheel) and translates. The escapement acts as a connecting link between the gear train and the balance for the clock transfer and releases the drive energy from the barrel to the balance wheel via the escape wheel and the armature and keeps them in swinging motion. The escapement, controlled by the control element, frees and stops the gear train at very precise intervals.

[0004] Das Regelorgan umfasst eine Spiralfeder und eine Unruh. Die Unruh verhält sich ähnlich wie ein Pendel, das immer mit Hilfe der Spiralfeder in die Ruhelage zurückgeführt wird, und sorgt so für den gleichmässigen Takt der Uhr. Bei den meisten modernen Uhren schwingt die Unruh mit 4 Hz, also 4 Mal pro Sekunde oder fast 345 600 Mal pro Tag. Diese Intervalle bringen die Zeiger dazu, die «richtige Zeit» auf dem Zifferblatt anzuzeigen.The control element comprises a coil spring and a balance. The balance behaves in a similar way to a pendulum, which is always returned to the rest position with the help of the coil spring, thus ensuring the steady rhythm of the clock. For most modern watches, the balance oscillates at 4 Hz, 4 times per second, or nearly 345,600 times per day. These intervals cause the hands to indicate the "correct time" on the dial.

[0005] Ein Nachteil der mechanischen Uhr im Vergleich zur elektronischen Uhr ist, dass der Gang der Armbanduhr durch Lagenveränderungen, schwankende Temperatur, Magnetismus, Staub, und auch durch unregelmässiges Aufziehen und Ölen nachteilig beeinflusst wird.A disadvantage of the mechanical watch compared to the electronic watch is that the movement of the wristwatch is adversely affected by positional changes, fluctuating temperature, magnetism, dust, and also by irregular mounting and oiling.

[0006] Aus EP 848 842 ist ein Uhrwerk bekannt, dessen Feder über ein Räderwerk eine Zeitanzeige und einen eine Wechselspannung liefernden Generator antreibt. Der Generator speist eine Spannungswandlerschaltung, die Spannungswandlerschaltung speist ein kapazitives Bauelement, und das kapazitive Bauelement speist eine elektronische Referenzschaltung mit einem stabilen Oszillator sowie eine elektronische Regelschaltung. Die elektronische Regelschaltung weist eine Komparator-Logik-Schaltung und eine mit einem Ausgang der Komparator-Logik-Schaltung verbundene und durch die Komparator-Logik-Schaltung in ihrer Leistungsaufnahme steuerbare Energiedissipationsschaltung auf. Ein Eingang der Komparator-Logik-Schaltung ist mit der elektronischen Referenzschaltung und ein anderer Eingang der Komparator-Logik-Schaltung mit dem Generator über eine Komparatorstufe und eine Antikoinzidenzschaltung verbunden. Die Kom-parator-Logik-Schaltung ist so ausgelegt, dass sie ein von der elektronischen Referenzschaltung kommendes Taktsignal mit einem vom Generator stammenden Taktsignal vergleicht, in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs die Grösse der Leistungsaufnahme der elektronischen Regelschaltung über die Grösse der Leistungsaufnahme der Energiedissipationsschaltung steuert und auf diese Weise über die Steuerung der Regelschaltungsleistungsaufnahme den Gang des Generators und damit den Gang der Zeitanzeige regelt.From EP 848 842 a movement is known, the spring via a gear train a time display and a generator supplying an AC voltage. The generator feeds a voltage converter circuit, the voltage converter circuit feeds a capacitive component, and the capacitive component feeds a reference electronic circuit having a stable oscillator and an electronic control circuit. The electronic control circuit comprises a comparator logic circuit and an energy dissipation circuit connected to an output of the comparator logic circuit and controllable by the comparator logic circuit in their power consumption. One input of the comparator logic circuit is connected to the electronic reference circuit and another input of the comparator logic circuit is connected to the generator via a comparator stage and an anti-coincidence circuit. The comparator logic circuit is arranged to compare a clock signal from the electronic reference circuit with a clock signal from the generator, and depending on the result of this comparison, control the magnitude of the power consumption of the electronic control circuit through the amount of power dissipation of the energy dissipation circuit and in this way via the control of the control circuit power consumption regulates the gear of the generator and thus the passage of the time display.

[0007] Das Uhrwerk aus EP 848 842 benötigt aber eine relativ komplizierte Elektronik, einen Generator, der die notwendige Energie für den Betrieb der Elektronik liefert, sowie relativ viel Platz, um die Systeme einzubauen. Ein weiterer Nachteil eines solchen Uhrwerks ist, dass die Kräfte und Momente anders als bei einem mechanischen Uhrwerk sind, sodass das gesamte Uhrwerk angepasst werden muss. Der Einbau eines Regelorganes gemäss EP 848 842 benötigt massive Änderungen an einem bestehenden Uhrwerk, um dieses Regelorgan überhaupt in dieses Uhrwerk einbauen zu können.However, the clockwork of EP 848 842 requires a relatively complicated electronics, a generator that provides the necessary energy for the operation of the electronics, and relatively much space to install the systems. Another disadvantage of such a movement is that the forces and moments are different than with a mechanical movement, so that the entire movement must be adjusted. The installation of a control element according to EP 848 842 requires massive changes to an existing clockwork in order to install this control element ever in this movement can.

[0008] Deshalb wurde in WO 2011/131 784 A vorgeschlagen, ein Regelorgan für ein mechanisches Uhrwerk bereitzustellen, das die Ganggenauigkeit des mechanischen Regelorgans wesentlich verbessert, indem die Schwingfrequenz der Unruh elektronisch stabilisiert wird, wobei die Energie für die Elektronik des Regelorgans durch die Spiralfeder zur Verfügung gestellt wird. Dabei wird in der konventionellen mechanischen Uhr die Spiralfeder durch eine piezoelektrische Spiralfeder ersetzt. Die Piezospiralfeder erzeugt eine von den Schwingungen der Unruh und/oder der Spiralfeder abhängige Wechselspannung. Die Wechselspannung wird zur Regelung der Schwingfrequenz der Unruh über eine elektrische Verbindung an eine elektronische Schaltung übertragen, welche die Steifigkeit der Spiralfeder und somit die Frequenz des Schwingsystems Unruh/Spiralfeder verändern und somit regeln kann. In diesem Dokument wird die elektronische Schaltung ausschliesslich von der benannten Piezospiralfeder elektrisch gespiesen, sodass eine zusätzliche Batterie nicht benötigt wird. Wenn also die Unruh in Schwingung versetzt wird, wird durch die auf der Spiralfeder angebrachten piezoelektrischen Materialien eine Wechselspannung erzeugt. Die Spiralfeder funktioniert also wie ein kleiner Generator. Die Steifigkeit der Spiralfeder wird durch Verändern der Impedanz am Ausgang der Piezospiralfeder angepasst. In einer bevorzugten Variante wird dies durch Anpassung des Werts einer Kapazität parallel zur Piezospiralfeder erreicht. Je grösser der Wert der parallel zur Piezospiralfeder geschalteten Kapazität ist, umso kleiner ist die Steifigkeit der Spiralfeder. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die einstellbare Kapazität eine Anzahl von mit Schaltern zu- und wegschaltbaren Kapazitäten. Die Wechselspannung am Ausgang der Spiralfeder wird gleichgerichtet, um die elektronische Schaltung zu speisen. Zum Betreiben der Regelschaltung wird ein erster Kondensator nach dem Gleichrichter aufgeladen. Parallel zu dem ersten Kondensator ist über einen Schalter ein zweiter Kondensator zuschaltbar. Der zweite Kondensator liefert die Versorgungsspannung für die Regelschaltung. Sobald diese Versorgungsspannung unter einen bestimmten notwendigen Wert fällt, wird der Schalter geschlossen, sodass der erste Kondensator den zweiten Kondensator auflädt. Allerdings hat diese Lösung den Nachteil, dass durch den Spannungsunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Kondensator über den Schalter ein Spannungsabfall entsteht und somit Energie verbraucht wird. Wenn beispielsweise die erste Kapazität auf 5 V aufgeladen ist, und die zweite Kapazität auf 1 V geregelt wird, und die elektrische Schaltung bei 1 V Betriebsspannung eine Leistungsaufnahme von 100 nW aufweist, bedeutet dies, dass die Stromaufnahme der elektronischen Schaltung 100 nA beträgt. Dies führt aber zu einer Leistungsabgabe von der grossen Kapazität von 5 V * 100 nA = 500 nW, d.h. die Spiralfeder muss 500 nW liefern, um die erste Kapazität auf einer Spannung von 5 V zu halten, wenn die elektronische Schaltung bei einer Betriebsspannung von 1 V eine Leistungsaufnahme von 100 nW hat. Der Wirkungsgrad der Spannungsregelung beträgt im vorliegenden Beispiel also nur 20%, 80% der elektrischen Energie gehen im Schalter verloren. Die Spiralfeder muss also nach diesem Schaltungsprinzip viel mehr Energie liefern als eigentlich zum Betrieb der elektronischen Schaltung notwendig wäre.It was therefore proposed in WO 2011/131 784 A to provide a control mechanism for a mechanical movement, which significantly improves the accuracy of the mechanical control element by the vibration frequency of the balance is electronically stabilized, the energy for the electronics of the control element by the Spiral spring is provided. In the conventional mechanical watch, the spiral spring is replaced by a piezoelectric spiral spring. The piezospiral spring generates an alternating voltage dependent on the oscillations of the balance and / or the coil spring. The AC voltage is transmitted to control the vibration frequency of the balance via an electrical connection to an electronic circuit, which can change the stiffness of the coil spring and thus the frequency of the balance system balance / coil spring and thus can regulate. In this document, the electronic circuit is fed exclusively by the named piezospiral spring, so that an additional battery is not needed. Thus, when the balance is vibrated, an alternating voltage is generated by the piezoelectric materials mounted on the coil spring. So the coil spring works like a small generator. The stiffness of the coil spring is adjusted by changing the impedance at the output of the piezospiral spring. In a preferred variant, this is achieved by adjusting the value of a capacitance parallel to the piezospiral spring. The greater the value of the capacitance connected in parallel with the piezospiral spring, the smaller the stiffness of the spiral spring. In a preferred embodiment, the adjustable capacitance comprises a number of capacitors which can be switched on and off with switches. The AC voltage at the output of the coil spring is rectified to feed the electronic circuit. To operate the control circuit, a first capacitor is charged after the rectifier. Parallel to the first capacitor, a second capacitor can be connected via a switch. The second capacitor supplies the supply voltage for the control circuit. As soon as this supply voltage falls below a certain necessary value, the switch is closed, so that the first capacitor charges the second capacitor. However, this solution has the disadvantage that due to the voltage difference between the first and the second capacitor via the switch, a voltage drop occurs and thus energy is consumed. For example, if the first capacitance is charged to 5V and the second capacitance is regulated to 1V, and the electrical circuit has a power consumption of 100nW at 1V operating voltage, this means that the current draw of the electronic circuit is 100nA. However, this results in a power output of the large capacity of 5V * 100nA = 500nW, i. the coil spring must supply 500 nW to maintain the first capacitor at a voltage of 5 V, if the electronic circuit has a power consumption of 100 nW at an operating voltage of 1 V. The efficiency of the voltage regulation in the present example is therefore only 20%, 80% of the electrical energy lost in the switch. The coil spring must therefore supply much more energy according to this circuit principle than would actually be necessary for the operation of the electronic circuit.

Darstellung der Erfindung [0009] Es ist ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte elektronische Schaltung, die die oben genannten Probleme behebt, weniger Energie verbraucht und optional die Regelschaltung gegen Spannungspeaks schützt, und ein Regelorgan mit einer solchen elektronischen Schaltung zu finden.Summary of the Invention It is an object of the invention to provide an improved electronic circuit which overcomes the above-mentioned problems, consumes less power and optionally protects the control circuit against voltage peaks, and to find a control device with such an electronic circuit.

[0010] Dieses Problem wird durch die elektronische Schaltung nach den unabhängigen Anspruch 1 und das Regelorgan nach dem nebengeordneten Anspruch 21 gelöst, insbesondere durch eine geschickte Verbindung eines Kondensators zur Spannungsversorgung mit einer Wechselspannung für eine begrenzte Zeit erlaubt es, die Verluste minimal zu halten.This problem is solved by the electronic circuit according to the independent claim 1 and the control element according to the independent claim 21, in particular by a clever connection of a capacitor to the power supply with an AC voltage for a limited time allows to keep the losses to a minimum.

[0011] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Kurze Beschreibung der Figuren [0012] Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, wobei zeigt:BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention will be explained in more detail with reference to the attached figures, in which:

Fig. 1 Eine schematische Ansicht der Regelung mit den Kapazitäten, den die Kapazitäten zu- und wegschaltenden Schaltern sowie der Komparator-Logik-Schaltung, welche die Schalter ansteuern.Fig. 1 is a schematic view of the control system with the capacitors, the capacitors switching on and off the switches and the comparator logic circuit, which drive the switches.

Fig. 2 Eine schematische Ansicht der Regelung der Spannung des Kondensators, der die elektronische Schaltung mit Energie versorgt.Fig. 2 is a schematic view of the regulation of the voltage of the capacitor, which supplies the electronic circuit with energy.

Fig. 3a Eine schematische Ansicht der gedruckten Schaltung mit den aufgelöteten Bauteilen, wobei neben der elektronischen Schaltung grosse Flächen vorhanden sind, auf denen Testpads oder Testkontakte aufgebracht sind.Fig. 3a A schematic view of the printed circuit with the soldered components, wherein in addition to the electronic circuit large areas are present, on which test pads or test contacts are applied.

Fig. 3b Eine schematische Ansicht der gedruckten Schaltung mit den aufgelöteten Bauteilen, wobei die Testflächen abgetrennt sind.Fig. 3b is a schematic view of the printed circuit with the soldered components, wherein the test surfaces are separated.

Fig. 4 Eine schematische Ansicht einer Spiralfeder.Fig. 4 is a schematic view of a coil spring.

Fig. 5a Eine schematische Ansicht des Querschnitts einer erfindungsgemässen Spiralfeder.5a shows a schematic view of the cross section of a spiral spring according to the invention.

Fig. 5b Ein Detail des Querschnitts der Spiralfeder mit den verschiedenen Schichten.Fig. 5b A detail of the cross section of the coil spring with the various layers.

Fig. 6 Eine schematische Ansicht der Unruhe, der Piezospiralfeder und der elektronischen Schaltung.Fig. 6 is a schematic view of the restlessness, the piezospiral spring and the electronic circuit.

Fig. 7 Eine schematische Ansicht der elektronischen Schaltung, wobei die Schalter für die Frequenzregelung und den aktiven Gleichrichter sowie der Schalter für die Spannungsregelung der zweiten Kapazität über Levels-hifter angesteuert werden.Fig. 7 A schematic view of the electronic circuit, wherein the switches for the frequency control and the active rectifier and the switch for the voltage control of the second capacitance are controlled via level hifter.

Fig. 8 Eine schematische Ansicht der elektronischen Schaltung, wobei nur die Schalter für die Frequenzregelung sowie der Schalter für die Spannungsregelung der zweiten Kapazität über Levelshifter angesteuert werden.Fig. 8 is a schematic view of the electronic circuit, wherein only the switches for the frequency control and the switch for the voltage control of the second capacitance are controlled by level shifter.

Fig. 9 Eine schematische Ansicht der elektronischen Schaltung, bei der nur eine Kapazität verwendet wird für den Gleichrichter und die Regelung der Speisespannung des ICs, wobei einzelne Transistoren und Transmissiongates über Levelshifter angesteuert werden.Fig. 9 A schematic view of the electronic circuit, in which only one capacitor is used for the rectifier and the regulation of the supply voltage of the IC, wherein individual transistors and transmission gates are controlled by level shifter.

Fig. 10 Eine alternative schematische Ansicht der elektronischen Schaltung, bei der nur eine Kapazität für den Gleichrichter und die Regelung der Speisespannung des ICs verwendet wird, wobei einzelne Transistoren des Gleichrichters und alle Transmissiongates über Levelshifter angesteuert werden.Fig. 10 An alternative schematic view of the electronic circuit, in which only one capacitor for the rectifier and the control of the supply voltage of the IC is used, wherein individual transistors of the rectifier and all transmission gates are controlled by level shifter.

Fig. 11 Eine weitere alternative schematische Ansicht der elektronischen Schaltung, bei der nur eine Kapazität für den Gleichrichter und die Regelung der Speisespannung des ICs verwendet wird, wobei einzelne Transistoren des Gleichrichters und alle Transmissiongates über Levelshifter angesteuert werden.11 shows another alternative schematic view of the electronic circuit, in which only one capacitor is used for the rectifier and the regulation of the supply voltage of the IC, wherein individual transistors of the rectifier and all transmission gates are controlled by level shifters.

Fig. 12 Eine schematische Ansicht der Spannungen an der Piezofeder und an dem Kondensator über die Zeit.Fig. 12 A schematic view of the voltages on the piezo spring and on the capacitor over time.

Wege zur Ausführung der Erfindung [0013] Ein Regelorgan gemäss der Erfindung umfasst eine konventionelle Unruh 30, eine piezoelektrische Spiralfeder 20 (Fig. 4,5a und 5b) und eine elektronische Schaltung 40 zur Steuerung der Ganggenauigkeit eines mechanischen Uhrwerks mit einer piezoelektrischen Spiralfeder. Dieses Regelorgan wird konventionell über eine nicht dargestellte Hemmung mit dem Räderwerk eines mechanischen Uhrwerks verbunden, sodass die benötigte Energie versorgt und dessen Gang somit geregelt wird.Modes for Carrying Out the Invention A control device according to the invention comprises a conventional balance 30, a piezoelectric coil spring 20 (Figures 4,5a and 5b) and an electronic circuit 40 for controlling the accuracy of a mechanical movement with a piezoelectric coil spring. This control element is conventionally connected via an escapement, not shown, with the gear train of a mechanical movement, so that supplies the required energy and whose gear is thus regulated.

[0014] Die piezoelektrische Spiralfeder 20 besteht ganz aus einem piezoelektrischen Material, oder aus einem mit mindestens einer piezoelektrischen Schicht überzogenen Material, vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial (zum Beispiel Silizium) 200, das mindestens teilweise (Fig. 5a und Fig. 5b) mit einem piezoelektrischen Material 202-207 und einer Elektrode 208 beschichtet wird. 202 ist eine Keimschicht, 203 und 204 sind Zwischenschichten aus AIGaN bzw. AIN, 205 ist die Halbleiterschicht (beispielsweise aus GaN), 206 ist eine Zwischenschicht aus AIN, 207 ist eine weitere Piezoelektrische Schicht aus GaN zum Beispiel, und 208 ist eine Elektrode. Die Piezospiralfeder wird vorteilhafterweise als bimorphes Piezoelement gestaltet, es sind aber auch andere Ausführungen denkbar.The piezoelectric coil spring 20 consists entirely of a piezoelectric material, or of a material coated with at least one piezoelectric layer, preferably of a semiconductor material (for example silicon) 200, which at least partially (FIG. 5a and FIG piezoelectric material 202-207 and an electrode 208 is coated. 202 is a seed layer, 203 and 204 are intermediate layers of AIGaN and AIN, 205 is the semiconductor layer (for example, GaN), 206 is an intermediate layer of AIN, 207 is another piezoelectric layer of GaN for example, and 208 is an electrode. The piezospiral spring is advantageously designed as a bimorph piezoelectric element, but other designs are also conceivable.

[0015] Die piezoelektrische Spiralfeder kann beispielsweise aus einem Wafer hergestellt werden, beispielsweise aus einem Wafer aus Silizium. Indem entsprechend n- oder p-dotiertes Silizium 200 verwendet wird, ist der Wafer gut leitend, und der Kern der Piezospiralfeder aus Silizium kann direkt als Elektrode verwendet werden.The piezoelectric coil spring can be made, for example, from a wafer, for example from a wafer made of silicon. By using appropriately n- or p-doped silicon 200, the wafer is highly conductive, and the core of the piezospiral spring made of silicon can be used directly as an electrode.

[0016] Die Spiralfedern werden auf dem Wafer strukturiert. Mit dem Deep Reactive Ion Etching DRIE Verfahren können vertikale Strukturen auf einfache Art und Weise in Silizium realisiert werden.The coil springs are structured on the wafer. With the Deep Reactive Ion Etching DRIE method, vertical structures can be easily realized in silicon.

[0017] Nach dem Strukturieren der Spiralfedern auf dem Wafer wird durch kontrolliertes Oxidieren des Wafers eine dünne Oxydschicht in der Grössenordnung von 1-3 μm auf der Oberfläche der Spiralfedern gebildet. Damit werden die Kanten gerundet, und die Unebenheiten in den vertikal geätzten Oberflächen werden geglättet.After patterning the coil springs on the wafer, a thin oxide layer of the order of 1-3 μm is formed on the surface of the coil springs by controlled oxidation of the wafer. This rounds the edges and smooths out the bumps in the vertically etched surfaces.

[0018] Diese Oxydschicht wird dann weggeätzt, um einerseits einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem leitfähigen Kern 200 der Spiralfeder und der piezoelektrischen Schicht 205, 207 sicherzustellen, und um andererseits eine gute Qualität der piezoelektrischen Beschichtung zu erreichen.This oxide layer is then etched away, on the one hand to ensure a good electrical contact between the conductive core 200 of the coil spring and the piezoelectric layer 205, 207, and on the other hand to achieve a good quality of the piezoelectric coating.

[0019] Anschliessend wird auf eine Ankeimschicht 202 aus AIN mindestens eine piezoelektrische Schicht 205, 207 mit der gewünschten Schichtdicke auf den Wafer und somit auf die von einer Oxydschicht befreiten Spiralfedern aufgebracht, beispielsweise eine Schicht Aluminiumnitrid. Diese Schicht 205, 207 hat idealerweise überall auf der Spiralfeder eine identische Dicke. So kann verhindert werden, dass sich die Spiralfeder durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten des Siliziums und des Piezomaterials in unerwünschter Art und Weise verformt.Subsequently, at least one piezoelectric layer 205, 207 with the desired layer thickness is applied to a seed layer 202 of AIN on the wafer and thus on the freed of an oxide layer coil springs, for example, a layer of aluminum nitride. This layer 205, 207 ideally has an identical thickness throughout the coil spring. Thus, it can be prevented that the coil spring deforms by the different thermal expansion coefficients of the silicon and the piezoelectric material in an undesirable manner.

[0020] Nach dem Aufbringen der piezoelektrischen Schicht(en) werden noch die Elektroden 208 aufgebracht. Eine Möglichkeit besteht darin, zuerst den gesamten Wafer mit einer dünnen Haftschicht mit einer Dicke von wenigen nm aus Chrom oder Titan zu überziehen, um anschliessend daran eine Schicht 208 aus beispielsweise Nickel oder Nickel/Gold in einer Dicke von 100-500 nm aufzubringen. Somit sind der gesamte Wafer und auch die Spiralfedern auf der gesamten Oberfläche überall mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen.After applying the piezoelectric layer (s), the electrodes 208 are still applied. One possibility is to first coat the entire wafer with a thin adhesive layer having a thickness of a few nm of chromium or titanium and then apply thereto a layer 208 of, for example, nickel or nickel / gold in a thickness of 100-500 nm. Thus, the entire wafer and the coil springs are provided on the entire surface everywhere with an electrically conductive layer.

[0021] Nach dem Aufbringen der Elektroden 208 wird mit einem gerichteten Ätzprozess das Elektrodenmaterial auf der Ober- und Unterseite des Wafers entfernt, sodass nur noch Elektroden 208 auf den vertikalen Seitenwänden der Spiralfeder übrig bleiben. Nach dem Zerbrechen einer Sollbruchstelle an der Spiralrolle und einer Sollbruchstelle an Klötzchen sind dann die Elektroden 208 auf der Innen- und Aussenseite der Spiralfeder voneinander getrennt und die Spiralfeder ist bereit zum Einbau in das Uhrwerk.After the application of the electrodes 208, the electrode material on the top and bottom of the wafer is removed with a directed etching process, so that only electrodes 208 remain on the vertical side walls of the coil spring. After breaking a predetermined breaking point on the spiral roll and a predetermined breaking point of blocks then the electrodes 208 on the inside and outside of the coil spring are separated and the coil spring is ready for installation in the movement.

[0022] Diese piezoelektrische Spiralfeder wird dann anstelle einer konventionellen Spiralfeder in einem mechanischen Uhrwerk montiert. Wenn die piezoelektrische Spiralfeder 20 schwingt, erzeugt das Piezomaterial ein elektrisches Ausgangssignal VgenA-VgenB, mit welchem eine elektronische Schaltung 40 auf einer Leiterplatte 400 gespeist wird. Durch Verändern einer Impedanz, die parallel zur Spiralfeder 20 geschaltet wird, kann die Steifigkeit der Piezospiralfeder verändert werden, und somit kann die Schwingfrequenz der piezoelektrischen Spiralfeder und der Unruh durch die elektronische Schaltung 40 geregelt werden.This piezoelectric coil spring is then mounted in place of a conventional coil spring in a mechanical movement. When the piezoelectric coil spring 20 vibrates, the piezoelectric material generates an electrical output signal VgenA-VgenB, with which an electronic circuit 40 on a printed circuit board 400 is fed. By changing an impedance which is switched in parallel to the coil spring 20, the rigidity of the piezo coil spring can be changed, and thus the oscillation frequency of the piezoelectric coil spring and the balance can be controlled by the electronic circuit 40.

[0023] Ein Beispiel einer elektronischen Schaltung 40 zur Steuerung der Schwingfrequenz einer piezoelektrischen Spiralfeder 20 wird in Fig. 2 und detailliert auf Fig. 7, 8 dargestellt. Zwei Elektroden werden mit dem Piezomaterial auf der Piezospiralfeder 20 verbunden und liefern eine Wechselspannung ν9θηΑ-ν9θηΒ. Die Spiralfeder funktioniert also wie ein kleiner Generator.An example of an electronic circuit 40 for controlling the oscillation frequency of a piezoelectric coil spring 20 is shown in Fig. 2 and in detail on Fig. 7, 8. Two electrodes are connected to the piezoelectric material on the piezospiral spring 20 and provide an alternating voltage ν9θηΑ-ν9θηΒ. So the coil spring works like a small generator.

[0024] Die Frequenz des Ausgangssignals ν9θηΑ-ν9θηΒ wird von einer Frequenzregelschaltung 22 geregelt, damit der Gang des mechanischen Uhrwerks geregelt wird.The frequency of the output signal ν9θηΑ-ν9θηΒ is controlled by a frequency control circuit 22, so that the gear of the mechanical movement is controlled.

[0025] Eine Gleichrichterschaltung 23 konvertiert die Wechselspannung in eine Gleichspannung Vdc, und eine Spannungsregelungsschaltung mit dem Transistor 25 regelt die Spannung Vdd einer Kapazität, durch welche dann die elektronische Schaltung 40 gespeist wird. Ein erstes kapazitives Bauelement 24 wird vorzugsweise als Energiespeicher oder Energiezwischenspeicher verwendet. Das erste kapazitive Bauelement 24 speist entweder direkt oder über ein zweites kapazitives Bauelement 26, welches auf einer geregelten Spannung gehalten wird, die elektronische Referenzschaltung mit einem stabilen Quarzoszillator 1 und einem Frequenzteiler 2. Der stabile Oszillator weist einen Schwingquarz auf, dessen Schwingung eine Referenzfrequenz definiert. Alle Komponenten äusser dem Schwingquarz und den externen Kapazitäten können als ein IC 40 aufgebaut werden; die meisten digitalen Komponenten im IC können mit einer niedrigen Speisespannung Vdd gespeist werden.A rectifier circuit 23 converts the AC voltage into a DC voltage Vdc, and a voltage regulation circuit with the transistor 25 regulates the voltage Vdd of a capacitance, by which the electronic circuit 40 is then fed. A first capacitive component 24 is preferably used as energy storage or energy buffer. The first capacitive component 24 either directly or via a second capacitive component 26, which is kept at a regulated voltage, feeds the electronic reference circuit with a stable quartz oscillator 1 and a frequency divider 2. The stable oscillator has an oscillating quartz whose oscillation defines a reference frequency , All components outside the crystal oscillator and the external capacitors can be constructed as an IC 40; Most digital components in the IC can be powered by a low supply voltage Vdd.

[0026] Da die Wechselspannung, die mit einem Piezoelement 20 erzeugt werden kann, relativ hoch sein kann, wird zur Speisung des ICs 40 kein Spannungsvervielfacher benötigt.Since the AC voltage that can be generated with a piezoelectric element 20 may be relatively high, no voltage multiplier is needed to power the IC 40.

[0027] Die elektronische Schaltung 40 kann die Frequenz der Unruh nur zusätzlich verringern.The electronic circuit 40 can reduce the frequency of the balance only in addition.

Einstellen/Regeln der Frequenz [0028] Einerseits kann die Schwingfrequenz von Unruh und Piezospiralfeder 20 beeinflusst werden, indem die Piezospi-ralfeder 20 viel elektrische Leistung abgeben muss. Dies könnte beispielswiese geschehen, indem ein ohmscher Widerstand parallel zur Piezospiralfeder geschaltet wird, oder indem ein ohmscher Widerstand parallel zum ersten Kondensator 24, welcher von der Piezospiralfeder über den Gleichrichter 23 gespiesen wird, geschaltet wird. Der Nachteil dieser Lösung ist allerdings, dass die Frequenzänderung einerseits nur klein ist, in der Grössenordnung von 0,5% oder weniger, und dass andererseits die Schwingungsamplitude der Unruh dadurch sehr klein wird, da durch den ohmschen Widerstand dauernd Energie vernichtet wird.Adjusting / Controlling the Frequency On the one hand, the oscillation frequency of balance wheel and piezospiral spring 20 can be influenced by the piezoelectric spring 20 having to deliver a large amount of electrical power. This could for example be done by an ohmic resistor is connected in parallel to the piezospiral, or by an ohmic resistance parallel to the first capacitor 24, which is fed from the piezospiral spring via the rectifier 23, is switched. The disadvantage of this solution, however, is that the frequency change on the one hand is only small, of the order of 0.5% or less, and that on the other hand, the vibration amplitude of the balance is very small, because energy is permanently destroyed by the ohmic resistance.

[0029] Eine wesentlich grössere Frequenzänderung an der Kombination Unruh und Piezospiralfeder kann erreicht werden, indem die Impedanzveränderungsschaltung 22 die Kapazität variiert, die parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet wird. Je grösser die Kapazität, desto kleiner ist die Steifigkeit der Piezospiralfeder 20 und somit die Schwingfrequenz des Systems. Frequenzänderungen in der Grössenordnung von 1-2% können so erreicht werden. Dies entspricht einer Korrekturmöglichkeit von 10-20 Minuten pro Tag.A much larger frequency change in the combination balance and piezospiral spring can be achieved by the impedance changing circuit 22, the capacitance varies, which is connected in parallel to the piezo-helical spring 20. The greater the capacity, the smaller the stiffness of the piezospiral spring 20 and thus the oscillation frequency of the system. Frequency changes of the order of 1-2% can be achieved. This corresponds to a correction possibility of 10-20 minutes per day.

[0030] In einer nicht dargestellten Variante werden beide elektrischen Anschlüsse der Piezospiralfeder 20 je über eine Kapazität an die Masse angeschlossen werden, wobei mindestens eine Kapazität variiert wird.In a variant, not shown, both electrical connections of the piezospiral spring 20 are each connected via a capacitance to the ground, wherein at least one capacitance is varied.

[0031] In einem Ausführungsbeispiel weist die elektronische Steuerschaltung 40 eine Komparator-Logik-Schaltung 4 auf, deren einer Eingang mit der elektronischen Referenzschaltung 1, 2 und deren anderer Eingang über eine den Nulldurchgang der Wechselspannung VgenA-VgenB erfassende Komparatorstufe 5 und eine Antikoinzidenzschaltung 3 verbunden ist. Die Antikoinzidenzschaltung 3 ist im Wesentlichen ein Zwischenspeicher, der ein gleichzeitiges Einlaufen von Impulsen auf beiden Eingängen der Komparator-Logik-Schaltung 4 verhindert. Ein Ausgang der Komparator-Logik-Schaltung 4 steuert das Zu- und Wegschalten der Kapazitäten in der Impedanzveränderungsschaltung 22.In one embodiment, the electronic control circuit 40 comprises a comparator logic circuit 4, whose one input to the electronic reference circuit 1, 2 and the other input via a zero crossing of the AC voltage VgenA-VgenB detecting comparator stage 5 and an anti-coincidence circuit. 3 connected is. The anti-coincidence circuit 3 is essentially an intermediate memory which prevents the simultaneous occurrence of pulses on both inputs of the comparator logic circuit 4. An output of the comparator logic circuit 4 controls the switching on and off of the capacitances in the impedance varying circuit 22.

[0032] Die Impedanzveränderungsschaltung 22 ist in diesem Beispiel aus einer Vielzahl gleicher kleiner Kapazitäten 21, 222, 223, 224, 226, 228 (Kondensatoren) aufgebaut. Die Kapazitäten können aber auch verschiedene Werte haben, beispielsweise können die Kapazitätswerte so gewählt werden, dass die kleinste Kapazität einen Wert von 1 nF aufweist, die zweite Kapazität einen Wert von 2 nF, die dritte Kapazität einen Wert von 4 nF und die vierte Kapazität einen Wert von 8 nF. Die Komparator-Logik-Schaltung 4 steuert die Impedanz der Impedanzveränderungsschaltung 22, indem sie die Anzahl oder die Kombination von den parallel zur Piezospiralfeder 20 geschalteten Kapazitäten verändert. Auf diese Weise ist die Impedanz der elektronischen Steuerschaltung 40 in einem durch die Anzahl und den Wert der Kapazitäten vorbestimmten Grössenbereich in kleinen Stufen steuerbar.The impedance varying circuit 22 is constructed in this example from a plurality of equal small capacitances 21, 222, 223, 224, 226, 228 (capacitors). However, the capacitances may also have different values, for example the capacitance values may be selected such that the smallest capacitance has a value of 1 nF, the second capacitance a value of 2 nF, the third capacitance a value of 4 nF and the fourth capacitance one Value of 8 nF. The comparator logic circuit 4 controls the impedance of the impedance varying circuit 22 by changing the number or combination of the capacitances connected in parallel to the piezospiral spring 20. In this way, the impedance of the electronic control circuit 40 is controllable in a small amount in a size range predetermined by the number and the value of the capacitances.

[0033] Die Komparator-Logik-Schaltung 4 vergleicht ein von der elektronischen Referenzschaltung 1,2 kommendes Taktsignal A mit einem vom Piezogenerator stammenden Taktsignal B. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs steuert die Komparator-Logik-Schaltung 4 die Grösse der Impedanz der elektronischen Steuerschaltung über die Anzahl oder die Kombination der parallel zur Piezospiralfeder 20 geschalteten Kapazitäten 21, 222, 224, 226, 228. Auf diese Weise wird über die Steuerung der Impedanz der Gang der Piezospiralfeder 20 und Unruh und damit der Gang der Zeitanzeige geregelt. Die Steuerung ist so ausgelegt, dass der Gang der Zeitanzeige in gewünschter Weise mit der vom Schwingquarz 1 gelieferten Referenzfrequenz synchronisiert wird.The comparator logic circuit 4 compares a clock signal A coming from the electronic reference circuit 1, 2, with a clock signal B coming from the piezoelectric generator. Depending on the result of this comparison, the comparator logic circuit 4 controls the magnitude of the impedance of the electronic circuit Control circuit on the number or combination of the parallel connected to the piezospheres 20 capacitors 21, 222, 224, 226, 228. In this way, the control of the impedance of the gear of the piezospiral spring 20 and balance and thus the gear of the time display is regulated. The control is designed so that the gear of the time display is synchronized in the desired manner with the reference frequency supplied by the quartz crystal 1.

[0034] Um eine energetisch möglichst günstige Regelschaltung zu realisieren, bietet es sich an, die Komparator-Logik-Schaltung 4 mit Hilfe von nicht dargestellten Zählern zu realisieren.In order to realize an energetically most favorable control circuit, it makes sense to realize the comparator logic circuit 4 by means of counters, not shown.

[0035] Eine Möglichkeit besteht darin, den einen Eingang eines Up-Down-Zählers mit dem Ausgang des Komparators 5, der die Phase VgenA, VgenB der induzierten Spannung der Piezospiralfeder 20, beispielsweise den Nulldurchgang der Wechselspannung, detektiert, zu verbinden und den anderen Eingang des Up-Down-Zählers mit der Referenzschaltung 1, 2 zu verbinden. Die Signale aus dem Komparator 5 werden zum Zählerstand addiert, und die Signale aus der Referenzschaltung 1,2 werden subtrahiert. Der vom Zähler gezählte Wert entspricht somit dem Unterschied zwischen der Anzahl von Impulsen aus der Piezospiralfeder 20 und der Anzahl von Impulsen aus Referenzschaltung 1,2.One possibility is to connect one input of an up-down counter to the output of the comparator 5, which detects the phase VgenA, VgenB of the induced voltage of the piezospiral spring 20, for example the zero crossing of the alternating voltage, and the other Input of the up-down counter to the reference circuit 1, 2 to connect. The signals from the comparator 5 are added to the count, and the signals from the reference circuit 1,2 are subtracted. The value counted by the counter thus corresponds to the difference between the number of pulses from the piezospiral spring 20 and the number of pulses from reference circuit 1, 2.

[0036] Die eintreffenden Signale, die vom Zähler in der Komparator-Logik Schaltung 5 erhalten werden, werden mit der Antikoinzidenzschaltung 3 so synchronisiert, dass nie gleichzeitig ein UP-lmpuls vom Komparator 5 und ein DOWN-Impuls aus der Referenzschaltung 1,2 beim Zähler eintreffen.The incoming signals obtained from the counter in the comparator logic circuit 5 are synchronized with the anti-coincidence circuit 3 so that never simultaneously a UP pulse from the comparator 5 and a DOWN pulse from the reference circuit 1,2 at Counter arrive.

[0037] Wenn beide Frequenzen identisch sind, wird der Zählerstand sich immer nur um einen Schritt erhöhen, sobald das Signal UP vom Komparator (der beispielsweise den Nulldurchgang der von der Piezospiralfeder induzierten Spannung misst) beim Zähler eintrifft, und wiederum um einen Schritt verringern, sobald das Referenzsignal DOWN aus der Referenzschaltung 1, 2 eintrifft. Wenn nun die Unruh zu schnell schwingt, werden mit der Zeit mehr UP-lmpulse als DOWN-Impulse eintreffen, und der Zählerstand wird steigen. In einer einfachen Ausführung können nun direkt vom Ausgang des Zählers Schalter 221,223,225, 227 (Transistoren) angesteuert werden, welche die Kapazitäten 222, 224,226,228 parallel zur Piezospiralfeder 20 zu- oder wegschalten. Je grösser die Phasenverschiebung ist, umso grösser ist der Zählerstand, und umso mehr Kapazitäten werden parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet. Je grösser aber die parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltete Impedanz ist, umso mehr wird die Schwingfrequenz der Unruh verlangsamt.If both frequencies are identical, the count will increase only one step, as soon as the signal UP from the comparator (for example, the zero crossing of the voltage induced by the piezospiral spring voltage) arrives at the counter, and in turn decrease by one step, as soon as the reference signal DOWN from the reference circuit 1, 2 arrives. Now, if the balance oscillates too fast, over time more UP pulses will arrive as DOWN pulses, and the count will increase. In a simple embodiment, switches 221, 233, 225, 227 (transistors), which connect or disconnect the capacitances 222, 224, 226, 282 parallel to the piezospiral spring 20, can now be controlled directly from the output of the counter. The greater the phase shift, the greater the count, and the more capacitances are connected in parallel with the piezospiral spring 20. However, the greater the impedance connected in parallel to the piezospiral spring 20, the more the oscillation frequency of the balance is slowed down.

[0038] Damit bei kurzfristigen Störungen, wenn beispielsweise die Schwingfrequenz der Unruh durch einen Schlag kurzfristig zu niedrig ist, die Regelung sicher funktionieren kann, wird unterhalb eines bestimmten Zählerstandes keine der abschaltbares Kapazitäten 222, 224, 226, 228 parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet. Dies kann realisiert werden, indem beispielsweise von Zählerstufe 0-7 keine Kapazität (oder nur die feste Kapazität 21) parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet wird, aber von Zählerstand 8-15 die entsprechende Anzahl oder Kombination von Kapazitäten parallel geschaltet wird, d.h. bei Zählerstand 8 wird eine zusätzliche Kapazität parallel zur Piezospiralfeder geschaltet, bei Zählerstand 9 werden zwei zusätzlichen Kapazitäten parallel geschaltet, bei Zählerstand 10 drei usw., wenn Kapazitäten mit gleich grossen Kapazitätswerten verwendet werden.Thus, in the case of short-term disturbances, for example when the oscillating frequency of the balance is briefly too low due to a shock, the control can safely operate below a certain counter reading of the disconnectable capacitances 222, 224, 226, 228 connected in parallel to the piezospiral spring 20. This can be realized, for example, by no capacity (or only fixed capacitance 21) being connected in parallel with piezospiral spring 20 from counter stage 0-7, but from counter 8-15 the corresponding number or combination of capacitors is connected in parallel, i. with counter reading 8, an additional capacitance is switched parallel to the piezospiral spring, with counter reading 9 two additional capacitors are connected in parallel, with count 10 three, etc., if capacitances with equal capacitance values are used.

[0039] Wenn Kapazitäten mit binären Kapazitätswerten verwendet werden, können die Schalter 221,223,225,227 für das Zu- und Wegschalten der Kapazitäten 222,224,226,228 direkt aus dem binären Zähler in der Komparator-Logik-Schaltung 4 angesteuert werden. Mit diesem Prinzip lässt sich eine einfache Variante einer Regelung realisieren, die zudem sehr wenig Strom verbraucht. Allerdings kann es sein, dass dann der Sekundenzeiger eine Abweichung von bis zu 1 s haben kann, da die maximale Anzahl der Kapazitäten in diesem Beispiel erst eingeschaltet ist, wenn der Zähler 7 UP-lmpulse mehr erhalten hat als DOWN-Impulse. 8 UP-lmpulse entsprechen aber einer Sekunde auf dem Zifferblatt, wenn eine Unruhe mit 4 Hz verwendet wird.When capacitances with binary capacitance values are used, the switches 221,223,225,227 for connecting and disconnecting the capacitances 222,224,226,228 can be driven directly from the binary counter in the comparator logic circuit 4. With this principle, a simple variant of a control can be realized, which also consumes very little power. However, it may be that then the second hand may have a deviation of up to 1 s, since the maximum number of capacities in this example is only turned on when the counter has received 7 UP pulses more than DOWN pulses. However, 8 UP pulses equal one second on the dial when using 4 Hz restlessness.

[0040] Die Grösse des Zählers in der Komparator-Logik-Schaltung 4 kann frei gewählt werden; vernünftigerweise wird aber ein Zähler verwendet, mit dem ein Bereich von +/- 2-4 Sekunden abgedeckt werden kann.The size of the counter in the comparator logic circuit 4 can be chosen freely; however, it is reasonable to use a counter that can cover a range of +/- 2-4 seconds.

Verlustfreies Schalten der Kapazitäten [0041] Idealerweise werden die Kapazitäten 222, 224, 226, 228 nur dann zu- oder weggeschaltet, wenn die induzierte Spannung am Ausgang der Piezospiralfeder 20 sehr klein oder 0 ist. Dies hat einerseits den Vorteil, dass damit die elektrischen Verluste minimiert werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Polarität der Kapazitäten nicht festgestellt und/ oder vorher abgespeichert werden muss. Noch ein weiterer Vorteil ist, dass so pro Kapazität 222, 224, 226 bzw. 228 nur ein Schalter 221,223, 225 bzw., 227, bestehend aus einem P-Kanal- und einem N-Kanal-Transistor, die parallel geschaltet sind, benötigt werden. Die Kapazitäten können mit dem einen elektrischen Anschluss alle zusammengeschaltet werden; nur für den jeweiligen anderen Anschluss wird je ein Schalter pro Kapazität benötigt. So kann einerseits der elektrische Widerstand minimiert werden, und andererseits müssen weniger Ausgänge für die Schalttransistoren 221,223, 225, 227 vorgesehen werden. Dies ermöglicht die Konstruktion einer kleineren gedruckten Schaltung 400 und auch die Verwendung eines Chips 40 mit weniger Anschlusspads.Loss-free switching of the capacitances Ideally, the capacitances 222, 224, 226, 228 are switched on or off only when the induced voltage at the output of the piezospiral spring 20 is very small or zero. This has the advantage on the one hand that the electrical losses can thus be minimized. Another advantage is that the polarity of the capacitances must not be detected and / or stored beforehand. Yet another advantage is that, per capacitor 222, 224, 226 and 228 respectively, only one switch 221, 233, 225 and 227, respectively, consisting of a P-channel and an N-channel transistor, which are connected in parallel, is required become. The capacities can be interconnected with the one electrical connection all; only one switch per capacity is needed for each other connection. Thus, on the one hand the electrical resistance can be minimized, and on the other hand, fewer outputs for the switching transistors 221,223, 225, 227 must be provided. This allows the construction of a smaller printed circuit 400 and also the use of a chip 40 with fewer terminal pads.

[0042] Das Umschalten der Kapazitäten beim Nulldurchgang (wenn die von der Piezospiralfeder 20 induzierte Spannung 0 ist oder nur wenige mV beträgt) kann realisiert werden, indem der Schaltvorgang auf den Nulldurchgangskomparator 5, der den Nulldurchgang der Spannung am Ausgang der Spiralfeder detektiert, synchronisiert wird. Aus der Komparator-Logik-Schaltung 4 wird die Information über die Kombination der zuzuschaltenden Kapazitäten geliefert, und beim nächsten Vorzeichenwechsel der Wechselspannung Vgen werden die Schalter 221-227 für das Zuschalten der Kapazitäten 222-228 mit dieser Information angesteuert, bis zum nächsten Vorzeichenwechsel der vom Piezogenerator 20 gelieferten Spannung, bei der dann die Schalter für den nächsten Zyklus mit den Informationen aus der Komparator-Logik-Schaltung angesteuert werden.The switching of the capacitances at the zero crossing (when the voltage induced by the piezospiral spring 20 is 0 or only a few mV) can be realized by synchronizing the switching operation to the zero crossing comparator 5 which detects the zero crossing of the voltage at the output of the spiral spring becomes. From the comparator logic circuit 4, the information about the combination of zuzuschaltenden capacitors is supplied, and the next sign change of the AC voltage Vgen the switches 221-227 are activated for the connection of the capacitances 222-228 with this information until the next sign change the supplied by the piezoelectric generator 20 voltage at which then the switches for the next cycle are controlled with the information from the comparator logic circuit.

[0043] Das Zu- oder Wegschalten der Kapazitäten 222-228 kann auch während dem Laden einer ersten Kapazität 24 am Ausgang des Gleichrichters 23 erfolgen. Dann ist die vom Piezogenerator 20 abgegebene Spannung ν9θηΑ-ν9θηΒ über eine bestimmte Zeitspanne praktisch konstant, da die Ladekapazität 24 geladen wird und der interne Widerstand der Piezospiralfeder 20 sehr hoch ist. Wenn dann eine kleine Kapazität 222 bis 228 mit der richtigen Polarität zugeschaltet wird, ändert dies die induzierte Spannung nicht. Also wird auch kein Strom fliessen, und dem System wird damit keine Energie entnommen.The connection or disconnection of the capacitances 222-228 can also take place during the charging of a first capacitor 24 at the output of the rectifier 23. Then the voltage ν9θηΑ-ν9θηΒ emitted by the piezoelectric generator 20 is practically constant over a certain period of time, since the charging capacitance 24 is charged and the internal resistance of the piezospiral spring 20 is very high. If then a small capacitance 222 to 228 is switched in with the correct polarity, this does not change the induced voltage. So no electricity will flow, and the system will not take energy from it.

[0044] Das Schalten der Kapazitäten 222 bis 228 muss in diesem Falle auf den Ladevorgang synchronisiert werden. Die Komparator-Logik Schaltung 4 bestimmt die Kombination der zuzuschaltenden Kapazitäten, und beim nächsten Ladevorgang wird diese Kombination von Kapazitäten zur Piezospiralfeder zugeschaltet.The switching of the capacitances 222 to 228 must be synchronized in this case to the charging process. The comparator logic circuit 4 determines the combination of zuzuschaltenden capacity, and the next charging this combination of capacitances is switched to the piezospiral.

[0045] Damit die Umladeverluste vermieden oder minimiert werden können, müssen aber die Kapazitäten 222 bis 228 bei dieser Variante mit der richtigen Polarität zugeschaltet werden. Die angewendete Polarität kann entweder gespeichert werden oder aber mit zusätzlichen Komparatoren festgestellt werden. Ein Nachteil dieser Lösung ist allerdings, dass dann pro Kapazität 222 bis 228 je zwei Schalter verwendet werden müssen. Dies bedeutet, dass pro Kapazität zwei Ausgänge am IC 40 benötigt werden, und auch die Anzahl der Leiterbahnen auf der gedruckten Schaltung 400 wird dementsprechend grösser sein.So that the Umladeverluste can be avoided or minimized, but must be switched on the capacity 222 to 228 in this variant with the correct polarity. The applied polarity can either be stored or determined with additional comparators. A disadvantage of this solution, however, is that then per switch 222 to 228 two switches must be used. This means that two outputs per capacitance are needed on the IC 40, and the number of tracks on the printed circuit 400 will be correspondingly larger.

[0046] Vereinfacht gesagt werden die Kapazitäten 222 bis 228 idealerweise dann parallel zur Piezospiralfeder 20 zu- oder weggeschaltet, wenn die Spannung an der Piezospiralfeder 20 und die Spannung an der entsprechenden Kapazität 24 in etwa gleich gross ist, und falls diese Spannung mehr als einige bis einige Dutzend mV beträgt, muss auch noch die Polarität dieselbe sein.Put simply, the capacitances 222 to 228 are ideally switched on or off parallel to the piezospiral spring 20 when the voltage at the piezospiral spring 20 and the voltage at the corresponding capacitor 24 are approximately equal, and if this voltage is more than a few up to a few tens of mV, the polarity must be the same.

Regelung mit 2 Zählern [0047] Eine noch elegantere Lösung für die Regelung kann realisiert werden, indem einerseits ein Zähler in der Kom-parator-Logik-Schaltung 4 wie oben beschrieben mit einem zweiten kleinen Zähler kombiniert wird. Wenn beim grossen Zähler der Zählerstand zwischen 0 und 7 ist, werden keine Kapazitäten 222 bis 228 zusätzlich parallel geschaltet. Bei einem Zählerstand zwischen 7 und 8 wird die Anzahl der parallel geschalteten Kapazitäten durch den kleinen Zähler bestimmt. Und wenn der Zählerstand des grossen Zählers grösser als 8 ist, werden alle verfügbaren Kapazitäten parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet.Control with 2 Counters An even more elegant solution for the control can be realized by, on the one hand, combining a counter in the comparator logic circuit 4 with a second small counter as described above. If the meter reading is between 0 and 7 for the large meter, no additional capacities 222 to 228 will be connected in parallel. With a counter reading between 7 and 8, the number of capacitors connected in parallel is determined by the small counter. And if the count of the large counter is greater than 8, all available capacitances are switched parallel to the piezospiral spring 20.

[0048] In dieser Variante wird also mit dem kleinen Zähler die Phasenverschiebung zwischen dem UP-lmpuls von der Piezospiralfeder 20 und dem nachfolgenden DOWN-Impuls aus der Referenzschaltung gemessen. Je grösser die Phasenverschiebung ist, d.h. je grösser die Zeitspanne ist zwischen dem UP-lmpuls und dem DOWN-Impuls, umso grösser ist dann der Wert der Kombination der Kapazitäten, die parallel zur Piezospiralfeder geschaltet werden.In this variant, therefore, the phase shift between the UP pulse of the piezospiral spring 20 and the subsequent DOWN pulse from the reference circuit is measured with the small counter. The greater the phase shift, i. the greater the time span between the UP pulse and the DOWN pulse, the greater the value of the combination of the capacitances connected in parallel to the piezospiral spring.

[0049] Der kleine Zähler wird beispielsweise mit 64 Hz betrieben. Durch den UP-lmpuls wird derZähler bei 0 gestartet, und durch den nachfolgenden DOWN-Impuls wird der Zähler gestoppt. Der Wert am Ausgang des kleinen Zählers wird nach dem Eingang des DOWN-Impulses zwischengespeichert, und beim nächsten Nulldurchgang der Wechselspannung, wenn wieder ein UP-lmpuls generiert wird, wird mit dem zwischengespeicherten Wert aus dem kleinen Zähler die entsprechende Kombination von Kapazitäten parallel zur Piezospiralfeder geschaltet. Bei Zählerstand 1-7 wird keine Kapazität (oder nur die feste Kapazität 21) zugeschaltet, bei Zählerstand 8-15 wird eine zusätzliche Kapazität zugeschaltet, bei Zählerstand 16-23 wird eine zweite zusätzliche Kapazität zugeschaltet etc. (wenn die Kapazitäten alle dieselbe Grösse haben). Die Regelung findet in diesem Falle also im Bereich von 1/8 s statt, was durch den Benutzer der Uhr kaum bemerkt wird, für den Benutzer wird die Uhr immer die genaue Zeit anzeigen.The small counter is operated for example at 64 Hz. The UP pulse starts the counter at 0 and the subsequent DOWN pulse stops the counter. The value at the output of the small counter is latched after the input of the DOWN pulse, and at the next zero crossing of the AC voltage, when a UP pulse is generated again, with the latched value from the small counter, the corresponding combination of capacitances becomes parallel to the piezospiral spring connected. With count 1-7 no capacity (or only the fixed capacity 21) is switched on, with count 8-15 an additional capacity is switched on, with count 16-23 a second additional capacity is switched on etc. (if the capacities are all the same size ). The regulation takes place in this case in the range of 1/8 s, which is hardly noticed by the user of the clock, for the user, the clock will always indicate the exact time.

[0050] Der kleine Zähler kann aber auch mit einer wesentlich höheren Frequenz betrieben werden, beispielsweise mit 1024 Hz. Mit jedem UP-lmpuls wird der Zähler bei 0 gestartet, und mit dem DOWN-Impuls wird der Zähler gestoppt und der Wert des Zählerstandes zwischengespeichert, um beim nächsten UP-lmpuls die entsprechende Kombination von Kapazitäten parallel zur Piezospiralfeder 20 zu schalten.The small counter can also be operated at a much higher frequency, for example, 1024 Hz. With each UP pulse, the counter is started at 0, and with the DOWN pulse, the counter is stopped and the value of the count is latched to switch the corresponding combination of capacitances parallel to the piezospiral spring 20 at the next UP pulse.

Einstellen der induzierten Spannung [0051] Wird eine Kapazität 21,222, 224, 226 oder 228 parallel zur Piezofeder geschaltet, wird, wie weiter oben beschrieben, die induzierte Spannung am Ausgang der Piezospiralfeder 20 beeinflusst. Eine grosse Kapazität ergibt eine kleine induzierte Spannung, eine kleine Kapazität oder keine Kapazität parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet gibt eine grosse Spannung am Eingang des Gleichrichters 23. So kann die von der Piezospiralfeder 20 induzierte Spannung VgenA, VgenB mittels einer parallel zur Piezospiralfeder 20 geschalteten Kapazität 21 eingestellt werden. Dies kann einerseits notwendig sein, damit die induzierte Spannung in einem für die Elektronik 40 günstigen Bereich liegt. Die induzierte Spannung darf nicht zu hoch sein, da sonst Schutzdioden an den Eingängen auf dem IC 40 eingeschaltet werden und dadurch ein Verlust an Energie entsteht. Andererseits sollte die induzierte Spannung höher sein als die minimale Betriebsspannung, welche für ein sicheres Funktionieren der elektronischen Schaltung notwendig ist.Adjusting the Induced Voltage When a capacitor 21, 222, 224, 226 or 228 is connected in parallel to the piezo spring, as described above, the induced voltage at the output of the piezospiral spring 20 is influenced. A large capacitance results in a small induced voltage, a small capacitance or no capacitance connected in parallel with the piezospiral spring 20 gives a large voltage at the input of the rectifier 23. Thus, the voltage VgenA, VgenB induced by the piezospiral spring 20 can be switched by means of a capacitance connected in parallel to the piezospiral spring 20 21 are set. On the one hand, this may be necessary so that the induced voltage is in a range favorable for the electronics 40. The induced voltage must not be too high, as otherwise protective diodes will be switched on at the inputs on the IC 40, resulting in a loss of energy. On the other hand, the induced voltage should be higher than the minimum operating voltage, which is necessary for a safe functioning of the electronic circuit.

[0052] Mit einer Kapazität 21 parallel zur Piezospiralfeder 20 geschaltet kann die gewünschte induzierte Spannung eingestellt werden. Eine erste kleine Kapazität 21 im Wert von 1-10 nF kann fix parallel zur Piezospiralfeder geschaltet werden, damit die Spannung am Eingang des Gleichrichters 23 sich im gewünschten Bereich befindet und einen Maximalwert nicht überschreitet.With a capacitance 21 connected in parallel with the piezospiral spring 20, the desired induced voltage can be set. A first small capacitance 21 in the value of 1-10 nF can be switched fixed parallel to the piezospiral spring, so that the voltage at the input of the rectifier 23 is in the desired range and does not exceed a maximum value.

[0053] Es ist auch denkbar, nur eine, dafür eine grosse Kapazität für das Regeln der Frequenz der Unruhe zu verwenden. Diese Kapazität muss so gross sein dass die Frequenz der Unruhe/Spiralfeder mit zugeschalteter Kapazität auf jeden Fall kleiner ist als die Sollfrequenz. Da hier aber nicht genau bekannt ist, wie gross die Kapazität sein muss, wird diese Kapazität eher zu gross gewählt werden müssen. Dies hat aber den Nachteil, dass die induzierte Spannung der Piezospiralfeder beim Zuschalten der Kapazität deutlich kleiner wird, je nach Piezospiralfeder und verwendeter Kapazität, und dadurch wird die Sicherstellung der Energieversorgung der elektronischen Schaltung erschwert. Die Spannung am Eingang des Gleichrichters kann sogar so tief werden, dass ein sicheres Funktionieren der elektronischen Schaltung nicht mehr gewährleistet werden kann.It is also conceivable to use only one, but a large capacity for the regulation of the frequency of restlessness. This capacity must be so large that the frequency of the restlessness / spiral spring with the capacity switched on is in any case smaller than the nominal frequency. Since it is not known exactly how big the capacity has to be, this capacity will have to be chosen too big. However, this has the disadvantage that the induced voltage of the piezospiral spring becomes significantly smaller when the capacitance is switched on, depending on the piezospiral spring and the capacitance used, and this makes it difficult to ensure the supply of power to the electronic circuit. The voltage at the input of the rectifier can even be so deep that a safe functioning of the electronic circuit can no longer be guaranteed.

[0054] Daher ist es vorteilhaft, mehr als nur eine Kapazität für die Regelung zu verwenden. Dann wird nur gerade der Kapazitätswert zugeschaltet, der notwendig ist, um die richtige Schwingfrequenz der Unruh/Spiralfeder zu erhalten, und die induzierte Spannung am Eingang der elektronischen Regelschaltung wird nicht unnötig herabgesetzt.Therefore, it is advantageous to use more than one capacity for the control. Then only just the capacity value is switched, which is necessary to obtain the correct vibration frequency of the balance / coil spring, and the induced voltage at the input of the electronic control circuit is not unnecessarily reduced.

Aktiver Gleichrichter [0055] Die elektronische Schaltung 40 muss mit minimalem Energieverbrauch betrieben werden können. Dies wird erreicht, indem mindestens ein passives Bauelement (zum Beispiel eine Diode für den Gleichrichter) der Gleichrichterschaltung 23 wenigstens zeitweise durch eine aktive Baueinheit (zum Beispiel einen mittels eines Komparators 7 oder 8 gesteuerten Schalter) 230', 231 ', 232', 233' mit einem in Durchlassrichtung kleineren elektrischen Widerstand ersetzt wird. [0056] Der Schalter 230', 231', 232', 233' kann ein Feldeffekttransistor sein und so geschaltet sein, dass in seinem gesperrten Zustand ein Teil seiner Struktur als Diode wirkt. Auf diese Weise werden alle vier Dioden des Gleichrichters 23 durch aktive Schalter ersetzt. Spannungsverluste über dem Schalter sind um mindestens eine Grössenordnung geringer als Spannungsverluste über der Diode. Der Spannungsabfall über eine Diode kann mehrere hundert mV betragen. Der Spannungsabfall über den Kanal eines Feldeffekttransistors beträgt jedoch nur wenige mV.Active Rectifier The electronic circuit 40 must be able to operate with minimal power consumption. This is achieved by at least one passive component (for example, a diode for the rectifier) of the rectifier circuit 23 at least temporarily by an active module (for example, a controlled by a comparator 7 or 8 switch) 230 ', 231', 232 ', 233 'is replaced with a smaller in the forward direction electrical resistance. The switch 230 ', 231', 232 ', 233' may be a field effect transistor and be connected so that in its locked state, a part of its structure acts as a diode. In this way, all four diodes of the rectifier 23 are replaced by active switches. Voltage losses across the switch are at least an order of magnitude less than voltage losses across the diode. The voltage drop across a diode can be several hundred mV. However, the voltage drop across the channel of a field effect transistor is only a few mV.

[0057] Das Aufladen der ersten Kapazität 24 erfolgt in der Anlaufphase des Uhrwerks über die mit einem hohen Spannungsverlust behafteten Dioden. Im weiteren Verlauf, sobald die Komparatoren 7, 8 funktionieren, werden dann die Dioden ersetzt durch die aktiven Bauelemente, sodass der Spannungsverlust minimiert werden kann, was energetisch wesentlich günstiger als ein Laden über die Dioden ist. Auf diese Weise wird die Energiereserve des Uhrwerks sparsamer genutzt und die Gangreserve erhöht.The charging of the first capacitor 24 takes place in the start-up phase of the movement on the subject with a high voltage loss diodes. In the further course, as soon as the comparators 7, 8 function, the diodes are replaced by the active components, so that the voltage loss can be minimized, which is much cheaper energetically than charging via the diodes. In this way, the energy reserve of the movement is used more economically and increases the power reserve.

[0058] Das Aufladen des ersten kapazitiven Bauelements 24 erfolgt also nur in der Anlaufphase des Uhrwerks über die mit einem hohen Spannungsverlust behafteten Dioden.The charging of the first capacitive device 24 thus takes place only in the start-up phase of the movement on the afflicted with a high voltage loss diodes.

[0059] Der erste Komparator 7 vergleicht das elektrische Potential Vdc an dem nicht auf Massepotential liegenden Anschluss des ersten kapazitiven Bauelements 24 mit dem elektrischen Potential VgenB des nicht auf Massepotential liegenden lastseitigen Anschlusses des Gleichrichters 23. Der erste Schalter 230' wird durch den ersten Komparator 7 nur dann geschlossen, wenn die Spannung des ersten kapazitiven Bauelements 24 zum Betreiben des ersten Komparators 7 ausreicht und das elektrische Potential Vdc an dem massefreien lastseitigen Anschluss des Gleichrichters 23 zum weiteren Aufladen des ersten kapazitiven Bauelements hoch genug ist.The first comparator 7 compares the electrical potential Vdc at the non-grounded terminal of the first capacitive element 24 with the electrical potential VgenB of the non-grounded load-side terminal of the rectifier 23. The first switch 230 'is passed through the first comparator 7 closed only when the voltage of the first capacitive device 24 sufficient to operate the first comparator 7 and the electrical potential Vdc at the ground-free load-side terminal of the rectifier 23 is high enough for further charging of the first capacitive device.

[0060] Der Spannungswert des ersten kapazitiven Bauelements 24, der zum Betreiben des ersten Komparators 7 und zum Betreiben eines in dem Gleichrichter 23 vorhandenen zweiten Komparators 8 ausreicht, ist in diesem Ausführungsbeispiel 0,7 V. Sobald das erste kapazitive Bauelement 23 über die passiven Bauelemente (Dioden) auf mindestens 0,7 V aufgeladen ist, funktioniert die Stromquelle und somit auch die Komparatoren 7, 8. Der erste Komparator 7 schliesst, sobald die von der Piezospiralfeder gelieferte Spannung VgenB höher ist als die Spannung Vdc des ersten kapazitiven Bauelements 24, d.h., er schliesst den ersten Schalter 230' bzw. öffnet den ersten Feldeffekttransistor. Sobald die von der Piezospiralfeder 20 gelieferte Spannung VgenB wieder unter die Spannung Vdc des ersten kapazitiven Bauelements 24 absinkt, schliesst der erste Komparator 7 den ersten Feldeffekttransistor 230'. Steigt die von der Piezospiralfeder 20 gelieferte Spannung VgenB abermals auf einen genügend grossen Wert, so öffnet der erste Komparator 7 den ersten Feldeffekttransistor 230' wieder und so weiter. Der Spannungsabfall über dem Kanal des ersten Feldeffekttransistors 230' beträgt jedoch im Vergleich zu den Dioden nur wenige mV. Der Wirkungsgrad des Gleichrichters mit den aktiven Elementen ist somit wesentlich höher als der eines Gleichrichters 23 mit passiven Elementen. Der Spannungsverlust wird durch die Verwendung eines aktiven Gleichrichters also erheblich herabgesetzt.The voltage value of the first capacitive component 24, which is sufficient for operating the first comparator 7 and for operating a second comparator 8 present in the rectifier 23, in this exemplary embodiment is 0.7 V. As soon as the first capacitive component 23 passes over the passive ones Components (diodes) is charged to at least 0.7 V, the power source and thus also the comparators 7, 8 functions. The first comparator 7 closes as soon as the voltage VgenB delivered by the piezospiral spring is higher than the voltage Vdc of the first capacitive component 24 that is, it closes the first switch 230 'or opens the first field-effect transistor. As soon as the voltage VgenB delivered by the piezospiral spring 20 again drops below the voltage Vdc of the first capacitive component 24, the first comparator 7 closes the first field effect transistor 230 '. If the voltage VgenB delivered by the piezospiral spring 20 again rises to a sufficiently large value, then the first comparator 7 opens the first field-effect transistor 230 'again and so on. However, the voltage drop across the channel of the first field effect transistor 230 'is only a few mV compared to the diodes. The efficiency of the rectifier with the active elements is thus substantially higher than that of a rectifier 23 with passive elements. The voltage loss is thus significantly reduced by the use of an active rectifier.

[0061] Wenn aber nur kleine Spannungen und Ströme geschaltet werden, kann es sein, dass ein Schwingen oder Prellen der Kombination Komparator/Schalter entsteht. Der Komparator 7 (oder 8) misst einen Spannungsunterschied, aber sobald der Schalter 230' geschlossen wird, ist der Spannungsabfall über den Schalter 230' so klein, dass der Komparator 7 den Schalter wieder aufmacht. Sobald der Schalter geöffnet ist, detektiert der Komparator wieder eine Spannungsdifferenz, und der Schalter wird wieder geschlossen. So kann das System Schalter/Komparator schwingen, was im Extremfall dazu führen kann, dass das kapazitive Bauelement nicht mit genügend Spannung geladen ist, um das Funktionieren der elektronischen Schaltung sicherzustellen. Auf jeden Fall wird sich der Wirkungsgrad des Gleichrichters 23 verschlechtern, wenn das System Komparator/Schalter zu prellen oder zu schwingen beginnt.But if only small voltages and currents are switched, it may be that a swinging or bouncing of the combination comparator / switch is formed. The comparator 7 (or 8) measures a voltage difference, but once the switch 230 'is closed, the voltage drop across the switch 230' is so small that the comparator 7 reopens the switch. Once the switch is opened, the comparator again detects a voltage difference and the switch is closed again. Thus, the system can oscillate switch / comparator, which in extreme cases may result in the capacitive device not being charged with enough voltage to ensure the functioning of the electronic circuit. In any event, the efficiency of the rectifier 23 will degrade as the comparator / switch system begins to bounce or oscillate.

[0062] Dies kann einerseits verhindert werden, indem Komparatoren 7, 8 mit einem genügend grossen Offset und einer genügend grossen Hysterese verwendet werden. Dies hat auch den Vorteil, dass der Piezogenerator 20 immer auf die eine oder andere Weise mit der ersten Kapazität über einen Schalter mit einem mehr oder weniger grossen Innenwiderstand verbunden ist, sobald die induzierte Spannung der Piezospiralfeder 20 grösser ist als die Spannung an der ersten Kapazität.On the one hand, this can be prevented by using comparators 7, 8 with a sufficiently large offset and a sufficiently large hysteresis. This also has the advantage that the piezoelectric generator 20 is always connected in one way or another with the first capacitor via a switch with a more or less large internal resistance, as soon as the induced voltage of the piezospiral spring 20 is greater than the voltage at the first capacitor ,

[0063] Eine andere Möglichkeit, diesen Effekt zu vermeiden, ist, während der Zeit T1 mit dem Komparator 7, 8 zu messen (Messphase), ob der Schalter 230' (bzw. 231', 232', 233') geschlossen werden muss oder geöffnet bleiben kann. Wenn der Komparator 7 (oder 8) eine Spannungsdifferenz festgestellt hat, bei welcher die vom Piezogenerator erzeugte Spannung vor dem Transistor grösser ist als die Spannung des kapazitiven Elements, wird der Schalter während der Zeit T2 geschlossen (Schaltphase).Another way to avoid this effect, during the time T1 with the comparator 7, 8 to measure (measurement phase), whether the switch 230 '(or 231', 232 ', 233') must be closed or stay open. If the comparator 7 (or 8) has detected a voltage difference at which the voltage generated by the piezoelectric generator in front of the transistor is greater than the voltage of the capacitive element, the switch is closed during the time T2 (switching phase).

[0064] Anschliessend wird der Schalter 230' (bzw. 231 232', 233') wieder geöffnet und während der Zeit T1 mit dem Komparator 7,8 wieder gemessen, ob der Schalter während der nächsten Zeit T2 geschlossen werden muss oder geöffnet bleiben kann. Auf diese Art und Weise kann ein Prellen oder Schwingen der aktiven Dioden vermieden werden.Subsequently, the switch 230 '(or 231 232', 233 ') is opened again and again measured during the time T1 with the comparator 7,8, whether the switch during the next time T2 must be closed or can remain open , In this way, bouncing or vibration of the active diodes can be avoided.

[0065] Die genannte Steuerschaltung enthält mindestens ein Speichermittel, welches in der ersten Phase (T1, Messphase) bei gesperrtem Schalter mindestens ein Steuersignal speichert, welches auf den genannten Schalter anzuwenden ist, wobei weiter in der zweiten Phase (T2, Schaltphase) der genannte Schalter mit dem genannten Steuersignal angesteuert wird.Said control circuit includes at least one memory means which stores in the first phase (T1, measuring phase) at locked switch at least one control signal which is to be applied to said switch, wherein further in said second phase (T2, switching phase) said Switch is controlled with the said control signal.

[0066] Falls die vom Piezogenerator 20 gelieferte Spannung nicht hoch genug ist, um nach erfolgter Gleichrichtung mit dem aktiven Gleichrichter 23 die elektronische Schaltung 40 mit genügend hoher Spannung zu versorgen, kann anstelle des einfachen Gleichrichters 23 eine Spannungswandlerschaltung mit einem Gleichrichter verwendet werden, beispielsweise eine Spannungsverdopplerschaltung. Dies bringt aber den kleinen Nachteil mit sich, dass dann mehr als ein externes kapazitives Element benötigt wird, was zu einem erhöhten Raumbedarf für die elektronische Schaltung 40 führt.If the voltage supplied by the piezoelectric generator 20 is not high enough to supply the electronic circuit 40 with sufficiently high voltage after rectification with the active rectifier 23, instead of the simple rectifier 23, a voltage converter circuit with a rectifier may be used, for example a voltage doubler circuit. However, this entails the small disadvantage that more than one external capacitive element is required, which leads to an increased space requirement for the electronic circuit 40.

[0067] Der Gleichrichter 23 könnte aber auch nur aus passiven Dioden bestehen.The rectifier 23 could also consist only of passive diodes.

Minimaler Stromverbrauch/maximale Amplitudenunabhängigkeit [0068] Die Schwingungsamplitude der Unruh einer mechanischen Uhr kann relativ stark variieren. Wenn die Aufzugsfeder ganz aufgezogen ist, wird vom Ankerrad über den Anker ein grosses Antriebsmoment auf die Unruhe übertragen. In diesem Falle hat die Unruhe eine grosse Schwingungsamplitude. Durch die Piezofeder wird in diesem Falle eine relativ hohe Spannung erzeugt. Wenn nur noch wenig Antriebsmoment auf die Unruh übertragen wird, beispielsweise wenn die Antriebsfeder nur noch wenig aufgezogen ist, wird dementsprechend die Schwingungsamplitude der Unruh und somit auch die von der Piezofeder erzeugte Spannung relativ klein.Minimum Power Consumption / Maximum Amplitude Independence The oscillation amplitude of the balance of a mechanical watch can vary relatively widely. When the elevator spring is completely raised, the escape wheel transmits a large drive torque to the turbulence via the armature. In this case the restlessness has a large oscillation amplitude. Due to the piezo spring, a relatively high voltage is generated in this case. If only little drive torque is transmitted to the balance, for example, when the drive spring is only slightly raised, accordingly, the vibration amplitude of the balance and thus also the voltage generated by the piezoelectric spring is relatively small.

[0069] Die Elektronik muss aber auch bei unterschiedlich hohen Wechselspannungen aus der Piezospiralfeder 20 mit einer möglichst geringen Leistungsaufnahme betrieben werden können.However, the electronics must also be able to be operated with a low power consumption at different high AC voltages from the piezospiral spring 20.

[0070] Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass zumindest ein wesentlicher Teil der Elektronik 40 auf der integrierten Schaltung 400 mit einer geregelten Spannung betrieben wird, beispielsweise der Quarzoszillator 1 und der Frequenzteiler 2, die Antikoinzidenzschaltung 3 und die Komparator-Logik Schaltung 4, der Komparator 5 als Beispiel eines Einschaltdetektors, und der Komparator 11 als Beispiel eines Ausschaltdetektors, eventuell auch die Komparatoren 7, 8. So ist sichergestellt, dass auch bei einer hohen Spannung an der ersten Kapazität 24 das IC 40 mit einer minimalen Leistungsaufnahme betrieben werden kann. Das hat den Vorteil, dass auch bei grosser Amplitude der Unruh und somit einer grossen induzierten Spannung aus dem Piezogenerator 20 und somit einer hohen Spannung am Ausgang des Gleichrichters 23 die Leistungsaufnahme des IC nicht deutlich ansteigen wird.A first possibility is that at least a substantial part of the electronics 40 is operated on the integrated circuit 400 with a regulated voltage, such as the quartz oscillator 1 and the frequency divider 2, the anti-coincidence circuit 3 and the comparator logic circuit 4, the Comparator 5 as an example of a switch-on, and the comparator 11 as an example of a turn-off, possibly also the comparators 7, 8. This ensures that even at a high voltage to the first capacitor 24, the IC 40 can be operated with a minimum power consumption. This has the advantage that even with a large amplitude of the balance and thus a large induced voltage from the piezoelectric generator 20 and thus a high voltage at the output of the rectifier 23, the power consumption of the IC will not rise significantly.

[0071] Eine zweite Möglichkeit besteht darin, die Speisespannung für die integrierte Schaltung 40 zu regeln. Am einfachsten geschieht dies, indem die Spannung der Kapazität 26, welche die Elektronik speist, geregelt wird. Durch den (aktiven) Gleichrichter 23 wird die von der Piezofeder 20 erzeugte elektrische Spannung Vgen gleichgerichtet und die Kapazität geladen. Die Spannung von Vdd kann geregelt werden, indem ab einer bestimmten Höhe von Vdd der Gleichrichter ausgeschaltet wird und die Kapazität nicht mehr lädt, obschon die Spannung aus dem Piezogenerator höher ist in dem Moment als die Spannung an Vdd. Eine mögliche Obergrenze für das Vdd könnte beispielsweise 1,2 V sein.A second possibility is to regulate the supply voltage for the integrated circuit 40. The easiest way to do this is by controlling the voltage of the capacitance 26 which powers the electronics. By the (active) rectifier 23, the electric voltage Vgen generated by the piezoelectric spring 20 is rectified and the capacity is charged. The voltage of Vdd can be regulated by turning off the rectifier above a certain level of Vdd and no longer charging the capacitance, even though the voltage from the piezo-generator is higher at the moment than the voltage at Vdd. For example, a possible upper limit for the Vdd could be 1.2V.

[0072] Eine dritte Möglichkeit besteht darin, dass eine erste Kapazität 24 durch den Gleichrichter 23 gespeist wird. Dabei wird diese erste Kapazität 24 über den Gleichrichter 23 immer aufgeladen von der durch die Piezospiralfeder 20 gelieferten elektrischen Leistung. Es ist eine zweite Kapazität 26 vorhanden, welche die elektronische Schaltung 40 speist. Diese zweite Kapazität 26 wird nun auf eine bestimmte Spannung Vdd geregelt. Dies kann beispielsweise gemacht werden, indem in bestimmten Abständen, beispielsweise 8 χ pro Sekunde, ein Schalter 25 eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Kapazität 24, welche eine Spannung zwischen 1,2 und 5 V aufweist, und der zweiten Kapazität 26 herstellt, wenn nach dem letzten Ladevorgang die Spannung an der zweiten Kapazität 26 unter den gewünschten Wert Vdd gesunken ist. Sobald an der zweiten Kapazität die gewünschte Spannung, beispielsweise 1,2 V erreicht ist, wird der Ladevorgang unterbrochen. Oder es kann eine untere V|0W und eine obere Spannung Vhigh definiert werden. Wenn die Spannung an der zweiten Kapazität tiefer ist als V|0W, wird der Schalter zwischen der ersten und der zweiten Kapazität geschlossen, und die zweite Kapazität wird von der ersten Kapazität aufgeladen. Wenn die Spannung an der zweiten Kapazität 26 dann über den Wert von Vhigh steigt, wird der Schalter 25 wieder geöffnet.A third possibility is that a first capacitor 24 is fed by the rectifier 23. In this case, this first capacitor 24 is always charged via the rectifier 23 from the electric power supplied by the piezospiral spring 20. There is a second capacitance 26 which powers the electronic circuit 40. This second capacitor 26 is now regulated to a certain voltage Vdd. This can be done, for example, by making at certain intervals, for example 8 χ per second, a switch 25 an electrical connection between the first capacitor 24, which has a voltage between 1.2 and 5 V, and the second capacitor 26, if after the last charge, the voltage at the second capacitor 26 has dropped below the desired value Vdd. As soon as the desired voltage, for example 1.2 V, has been reached at the second capacitor, the charging process is interrupted. Or a lower V | 0W and an upper voltage Vhigh can be defined. When the voltage at the second capacitance is lower than V | 0W, the switch is closed between the first and second capacitances and the second capacitance is charged by the first capacitance. When the voltage on the second capacitor 26 then rises above the value of Vhigh, the switch 25 is opened again.

[0073] Eine vierte Möglichkeit besteht darin, die Länge des Ladefensters, das heisst die Zeit, während der die Kapazität 26, welche die Speisespannung Vdd für die integrierte Schaltung liefert, überhaupt geladen werden kann, zu variieren. Je höher das Vdd ist, umso kürzer wird das Ladefenster. Ein kleines Ladefenster gibt auch bei hohen Eingangsspannungen vom Piezogenerator ein relativ kleines Vdd. Auf diese Weise kann die Höhe der Spannung an der Kapazität 26 auch limitiert werden.A fourth possibility is to vary the length of the charging window, that is, the time during which the capacitor 26 which supplies the supply voltage Vdd for the integrated circuit can be charged at all. The higher the Vdd, the shorter the loading window. A small charging window gives a relatively small Vdd even at high input voltages from the piezo generator. In this way, the amount of voltage on the capacitor 26 can also be limited.

[0074] Ein weiterer Vorteil der Regelung der Speisespannung für die integrierte Schaltung 40 ist, dass die Piezospiralfeder 20 nicht mehr so genau an die Elektronik 40 angepasst sein muss. Der Piezospiralfeder 20 muss im Betrieb nur eine minimale Spannung Vgen liefern, die ausreicht, um die Elektronik 40 sicher betreiben zu können und um den Gang derAnother advantage of the regulation of the supply voltage for the integrated circuit 40 is that the piezospiral spring 20 no longer has to be adapted so precisely to the electronics 40. The piezospiral spring 20 must provide only a minimum voltage Vgen in operation, sufficient to operate the electronics 40 safely and to the course of

Unruh zu regeln oder steuern. Wenn der Piezogenerator 20 eine Spannung liefert die grösser ist als für den sicheren Betrieb notwendig wird die Leistungsaufnahme der Elektronik deshalb nicht höher werden.Balance or steer. If the piezoelectric generator 20 delivers a voltage which is greater than necessary for safe operation, the power consumption of the electronics will therefore not be higher.

Ansteuerung der Schalttransistoren 230', 231 ', 232', 233' für den Gleichrichter 23 mit höherer Spannung als die Speisespannung Vdd des IC 40 [0075] Damit die Steuersignale für die Steuerung der elektronischen Schaltelemente/Transistoren 230', 231 ', 232', 233' auf dem Teil der elektronischen Schaltung mit der höheren Spannung verwendet werden können, müssen diese Signale aus dem Teil der elektronischen Schaltung 40 mit der niederen Spannung mittels Levelshiftern 10 auf eine höhere Spannung Vdc gebracht werden.Driving the switching transistors 230 ', 231', 232 ', 233' for the rectifier 23 with higher voltage than the supply voltage Vdd of the IC 40 In order that the control signals for the control of the electronic switching elements / transistors 230 ', 231', 232 ' , 233 'may be used on the part of the electronic circuit with the higher voltage, these signals must be brought from the part of the electronic circuit 40 with the lower voltage by means of level shifters 10 to a higher voltage Vdc.

[0076] Die Analogschaltung mit Stromquellen und Oszillator 1 sowie Komparatoren 5, 7, 8, 11 und der Logikschaltung 4 sowie dem Frequenzteiler 2 und der Antikoinzidenzschaltung 3 wird mit einer tiefen Spannung Vdd, beispielsweise 200 mV über der Minimalspannung, bei der die elektronische Schaltung 40 noch sicher funktioniert, gespiesen.The analog circuit with current sources and oscillator 1 and comparators 5, 7, 8, 11 and the logic circuit 4 and the frequency divider 2 and the anti-coincidence circuit 3 is at a low voltage Vdd, for example, 200 mV above the minimum voltage at which the electronic circuit 40 still working safely, fed.

[0077] Die Schalter 230', 231 ', 232', 233' im Gleichrichter 23, die Schalter 221, 223, 225, 227 für die Änderung der Impedanz (durch Zu- oder Wegschalten von Kapazitäten 222-228), die Speisung der Levelshifter 9, 10, 12 sowie der Schalter 25, der benötigt wird, um den Niederspannungsteil der Schaltung zu versorgen, werden mit einer höheren Spannung Vdc betrieben, typischerweise zwischen 1,2 und 5 V.The switches 230 ', 231', 232 ', 233' in the rectifier 23, the switches 221, 223, 225, 227 for changing the impedance (by connecting or disconnecting capacitors 222-228), the supply of the Level shifters 9, 10, 12 and the switch 25 needed to supply the low voltage part of the circuit are operated at a higher voltage Vdc, typically between 1.2 and 5V.

[0078] Wenn die Speisespannung für die integrierte elektronische Schaltung 40 geregelt wird, beispielsweise auf 1,0 V, indem die zweite Kapazität 26 auf diese Spannung geregelt wird, die induzierte Spannung an der Piezospiralfeder 20 aber höher als die 1,0 V ist, und die erste Kapazität 24 auf beispielsweise 5 V aufgeladen ist, müssen die Schalttransistoren 230', 231', 232', 233' im Gleichrichter 23 auch mit 5 V angesteuert werden. Dies kann gemacht werden, indem das Steuersignal für die Schalttransistoren 230', 231 ', 232', 233' mit Hilfe von Levelshiftern 10 auf in etwa dieselbe Spannung gebracht wird wie die zu schaltende Spannung. Die Levelshifter werden dabei von der ersten Kapazität 24 gespiesen, die vom Piezogenerator 20 geladen wird.When the supply voltage for the integrated electronic circuit 40 is regulated, for example to 1.0 V, by controlling the second capacitor 26 to this voltage, but the induced voltage at the piezospiral spring 20 is higher than the 1.0 V, and the first capacitor 24 is charged to, for example, 5V, the switching transistors 230 ', 231', 232 ', 233' in the rectifier 23 must also be driven at 5V. This can be done by bringing the control signal for the switching transistors 230 ', 231', 232 ', 233' by means of level shifters 10 to approximately the same voltage as the voltage to be switched. The level shifters are fed by the first capacitor 24, which is loaded by the piezoelectric generator 20.

[0079] Falls die erste Kapazität 24, welche direkt von der Piezospiralfeder 20 über den aktiven Gleichrichter 23 aufgeladen wird, auf ca. 1 V gehalten wird, indem der Ladevorgang abgebrochen wird, sobald die gewünschte Spannung Vdc erreicht ist, müssen die Transistoren 230', 231 ', 232', 233' im Gleichrichter trotzdem mit einer Spannung angesteuert werden, die in etwa gleich gross ist wie die zu schaltende Spannung vom Piezogenerator. Dies kann gemacht werden, indem intern eine Spannungserhöhungsschaltung vorgesehen wird, beispielsweise ein Spannungsverdoppler oder Spannungsvervierfacher. Dann werden die logischen Signale, welche die Schalter/Transistoren ansteuern, mittels Levelshiftern 9, 10, 12, die von der internen Spannungserhöhungsschaltung gespiesen werden, auf ein erhöhtes Spannungsniveau Vdc angehoben.If the first capacitor 24, which is charged directly by the piezospiral spring 20 via the active rectifier 23, is kept at about 1 V by the charging process is stopped as soon as the desired voltage Vdc is reached, the transistors 230 ' , 231 ', 232', 233 'are still driven in the rectifier with a voltage which is approximately equal to the voltage to be switched from the piezoelectric generator. This can be done by internally providing a booster circuit, such as a voltage doubler or voltage quadrupler. Then, the logic signals driving the switches / transistors are raised to a raised voltage level Vdc by level shifters 9, 10, 12, which are supplied by the internal booster circuit.

[0080] Es gibt aber auch die Möglichkeit, die Komparatoren 13, 14 für den Gleichrichter mit der höheren Spannung Vdc aus der ersten Kapazität 24 nach dem Gleichrichter 23 (siehe Fig. 8) zu betreiben. Dann können die Schalter 230' bis 233' für den Gleichrichter 23 direkt über die Komparatoren 13, 14 gesteuert werden, in diesem Fall sind dann für den Gleichrichter auch keine Levelshifter notwendig.But it is also possible to operate the comparators 13, 14 for the rectifier with the higher voltage Vdc from the first capacitor 24 to the rectifier 23 (see Fig. 8). Then the switches 230 'to 233' for the rectifier 23 can be controlled directly via the comparators 13, 14, in which case no level shifters are necessary for the rectifier.

Ansteuerung der Schalttransistoren für die Impedanzveränderung mit höherer Spannung als die Speisespannung Vdd des IC 40 [0081] Wenn der Widerstand über die Schalter 221, 223, 225, 227, welche die Kapazitäten 222, 224, 226, 228 zu- oder wegschalten, zu gross wird, beispielsweise 1 MOhm oder grösser, werden die elektrischen Verluste gross, und die Schwingungsamplitude der Unruh wird dann viel zu klein. Ein sicheres Funktionieren des Uhrwerks ist dann nicht mehr gewährleistet.Driving the switching transistors for the impedance change with higher voltage than the supply voltage Vdd of the IC 40 When the resistance across the switches 221, 223, 225, 227, which the capacitors 222, 224, 226, 228 on or off, too large becomes, for example, 1 Mohm or greater, the electrical losses are large, and the vibration amplitude of the balance is then much too small. A safe functioning of the movement is then no longer guaranteed.

[0082] Damit ein möglichst geringer elektrischer Widerstand über die Schalttransistoren 221,223, 225, 227 sichergestellt werden kann, werden pro Schalter mindestens ein P-Kanal-Transistor und ein N-Kanal-Transistor parallel geschaltet. Über Levelshifter 9, die wie weiter oben beschrieben mit einer genügend hohen Spannung Vdc gespiesen werden, werden diese Transistoren für das Zu- und Wegschalten der Kapazitäten 222 bis 228 angesteuert. Die logischen Signale aus der Komparator-Logik-Schaltung 4, welche die Schalter/Transistoren ansteuern, werden also mittels der Levelshifter 9, die entweder von der höheren Spannung Vdc am Ausgang der ersten Kapazität oder von einer internen Spannungserhöhungs-schaltung gespiesen werden, auf ein erhöhtes Spannungsniveau angehoben.In order that the lowest possible electrical resistance can be ensured via the switching transistors 221, 233, 225, 227, at least one P-channel transistor and one N-channel transistor are connected in parallel per switch. Via level shifters 9, which are supplied with a sufficiently high voltage Vdc as described above, these transistors are activated for the connection and disconnection of the capacitances 222 to 228. The logic signals from the comparator logic circuit 4, which drive the switch / transistors, so on by means of the level shifter 9, which are fed either by the higher voltage Vdc at the output of the first capacitor or by an internal voltage booster circuit on increased voltage level raised.

Beschränkung der maximalen Amplitude [0083] Bei Uhrwerken mit einem automatischen Aufzug kann es vorkommen, dass die Aufzugsfeder zu stark aufgezogen wird und dementsprechend ein zu hohes Drehmoment an das Uhrwerk abgegeben wird. Ein hohes Drehmoment an der Aufzugsfeder erzeugt an der Unruh eine grosse Amplitude. Eine zu grosse Amplitude ist aber nicht gewünscht. Im Falle des mit einer Piezospiralfeder 20 ausgerüsteten Uhrwerks führt eine grosse Amplitude zu einer grossen induzierten Spannung und somit zu einer relativ grossen Spannung an der Kapazität 24, welche vom Gleichrichter 23 gespiesen wird. Sobald aber diese Kapazität belastet wird, indem beispielsweise ein Widerstand parallel zur Kapazität geschaltet wird, wird die Spannung an der Kapazität sinken, und die Piezospiralfeder wird mehr belastet. Dies führt dazu, dass die Schwingungsamplitude der Unruh kleiner wird, was in diesem Falle ja gewünscht ist. Es genügt also, die Spannung an der ersten Kapazität 24 nach dem Gleichrichter 23 zu messen, und bei Überschreiten einer bestimmten Spannung einen nicht dargestellten Widerstand parallel zur Kapazität 24 zu schalten, um so die Amplitude zu begrenzen.Limitation of Maximum Amplitude For movements with an automatic elevator, it may happen that the elevator spring is pulled up too strongly and accordingly too high a torque is delivered to the movement. A high torque on the elevator spring produces a large amplitude at the balance. Too big an amplitude is not desired. In the case of equipped with a piezospiral 20 clockwork leads a large amplitude to a large induced voltage and thus to a relatively large voltage across the capacitor 24, which is fed from the rectifier 23. But as soon as this capacity is loaded, for example by switching a resistor in parallel with the capacitance, the voltage across the capacitance will decrease and the piezoprial spring will be loaded more. As a result, the vibration amplitude of the balance becomes smaller, which in this case is desired. It is therefore sufficient to measure the voltage at the first capacitor 24 after the rectifier 23, and to switch a resistor, not shown, parallel to the capacitor 24 when a certain voltage is exceeded, so as to limit the amplitude.

Minimierung Stromverbrauch Komparatoren [0084] Komparatoren werden für die Messung von verschiedenen Signalen verwendet. Da das System durch den mechanischen Schwinger schon weitgehend stabilisiert ist, sind die Zeiten bekannt, an denen die verschiedenen Werte benötigt werden. So ist es möglich, mit einer reduzierten Anzahl von Komparatoren zu arbeiten. Die Ein- und Ausgänge der Komparatoren werden dann je nach Phase verschieden geschaltet.Minimization Power Consumption Comparators Comparators are used for the measurement of various signals. Since the system is already largely stabilized by the mechanical oscillator, the times are known when the different values are needed. So it is possible to work with a reduced number of comparators. The inputs and outputs of the comparators are then switched differently depending on the phase.

[0085] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, gewisse Komparatoren abzuschalten, wenn sie nicht benötigt werden. Auch so kann Strom gespart werden. Wenn beispielsweise der Komparator 5 für die Messung des Vorzeichenwechsels der induzierten Spannung des Piezogenerators (Nulldurchgang) nach dem Schaltvorgang für 1/16 Sekunden abgeschaltet wird, da der nächste Nulldurchgang erst nach 1/8 Sekunde erfolgt (Unruh mit 4 Hz), kann also Strom gespart werden. Das Funktionieren des Uhrwerks ist dennoch sichergestellt, da durch die Unruh/Spiralfeder die Schwingfrequenz schon weitgehend stabilisiert ist.Another possibility is to disable certain comparators when they are not needed. Even so, electricity can be saved. If, for example, the comparator 5 for the measurement of the sign change of the induced voltage of the piezator (zero crossing) is switched off after the switching process for 1/16 seconds, since the next zero crossing takes place only after 1/8 second (balance with 4 Hz), so can current be saved. The functioning of the movement is nevertheless ensured, since the oscillating frequency is already largely stabilized by the balance / spiral spring.

[0086] Nach dem Einschalten der Komparatoren benötigen diese eine bestimmte Zeit, bis der gewünschte Arbeitspunkt erreicht ist. Um zu verhindern, dass während dieser Zeitspanne die Komparatoren falsche Signale liefern, wird der Ausgang des jeweiligen Komparators erst freigeschaltet, wenn der Arbeitspunkt des entsprechenden Komparators erreicht worden ist. Dies kann realisiert werden, indem erst nach einer vordefinierten Zeitspanne nach dem Einschalten des Komparators der Ausgang des Komparators freigeschaltet wird.After switching on the comparators, these require a certain time until the desired operating point is reached. In order to prevent the comparators from supplying false signals during this period, the output of the respective comparator is not enabled until the operating point of the corresponding comparator has been reached. This can be realized by only after a predefined period of time after switching on the comparator, the output of the comparator is enabled.

Power-on-Reset (POR) [0087] Mit einer nicht dargestellten POR-Schaltung (im Kurzen: POR) wird sichergestellt, dass die elektronische Regelschaltung 40 sicher anlaufen kann, nicht einen zu grossen Anlaufstrom benötigt, und auch nicht im Anlaufprozess hängenbleibt. Dabei werden nach und nach diejenigen Elemente aktiviert, die für die jeweilige Phase des Startvorgangs benötigt werden, oder diejenigen Elemente deaktiviert, die in diesem Moment nicht benötigt werden, oder auch einige Elemente in einen Anlaufmodus versetzt.Power-on-Reset (POR) With a POR circuit (in short: POR), not shown, it is ensured that the electronic control circuit 40 can safely start, does not require too high a starting current, and does not get stuck in the startup process. This will gradually activate those elements that are needed for the particular phase of the startup process, or disable those elements that are not needed at the moment, or put some elements in a startup mode.

[0088] Damit die elektronische Regelschaltung 40 sicher anlaufen kann, muss sichergestellt werden, dass beim Anlaufen der Schaltung der aktive Gleichrichter 23 in einen Anlaufmodus versetzt wird, solange der Quarzoszillator 1 noch nicht funktioniert. Das POR dient dazu, den Gleichrichter 23 mit den Komparatoren und den Schaltern (beispielsweise Feldeffekttransistoren) zu betreiben, auch ohne dass der Oszillator 1 funktioniert.In order for the electronic control circuit 40 to start up safely, it must be ensured that, when the circuit starts up, the active rectifier 23 is set in a start-up mode, as long as the quartz oscillator 1 is not functioning. The POR serves to operate the rectifier 23 with the comparators and the switches (for example field effect transistors), even without the oscillator 1 functioning.

[0089] Ganz zu Beginn der Anlaufphase funktioniert ein Teil der Schalter 230' bis 233' als einfache Dioden, und in dieser Phase wird mindestens eine Kapazität 24 über diese verlustbehafteten Dioden geladen. Sobald die interne Stromquelle auf dem IC funktioniert, beginnen auch die Komparatoren zu funktionieren. In dieser Phase werden dann die Schalter direkt von den Komparatoren angesteuert.At the very beginning of the start-up phase, a portion of the switches 230 'to 233' function as simple diodes, and in this phase, at least one capacitor 24 is charged via these lossy diodes. As soon as the internal power source on the IC works, the comparators will also start to work. In this phase, the switches are then controlled directly by the comparators.

[0090] Damit ein für das Anlaufen der elektronischen Schaltung günstige Wechselspannung vorliegt, kann das POR auch dazu verwendet werden, während der Anlaufphase einen oder mehrere Kondensatoren 222 bis 228 parallel zur Piezospiralfeder 20 zu schalten. So kann die induzierte Spannung auf einen bestimmten, für das Anlaufen der elektronischen Schaltung 40 günstigen Wert eingestellt werden. Sobald der Quarzoszillator 1 funktioniert und das POR verschwindet, wird das Zu- und Wegschalten der Kapazitäten 222 bis 228 wieder dazu verwendet, die Schwingfrequenz der Unruh zu regeln.So that there is a favorable AC voltage for starting the electronic circuit, the POR can also be used to switch one or more capacitors 222 to 228 parallel to the piezospiral spring 20 during the start-up phase. Thus, the induced voltage can be set to a certain value favorable for starting the electronic circuit 40. As soon as the quartz oscillator 1 operates and the POR disappears, the switching on and off of the capacitances 222 to 228 is again used to regulate the oscillating frequency of the balance.

[0091] Das POR dient des Weiteren dazu, ein sicheres Anlaufen des Quarzoszillators 1 zu gewährleisten und dafür zu sorgen, dass beim Anlaufen des Quarzoszillators 1 nicht zu viel Strom benötigt wird. Dies kann realisiert werden, indem zuerst mindestens eine Kapazität 24 mit Hilfe des Gleichrichters geladen wird, zuerst mit den passiven Elementen (Dioden), und, sobald die Stromquelle aufgestartet ist, mit den aktiven Elementen (Komparatoren und Schalter). Erst wenn die Kapazität, welche den Quarzoszillator speist, auf eine Mindestspannung, beispielsweise 1 V, aufgeladen ist, wird der Quarzoszillator 1 gestartet. Dabei kann der Strom 200 nA während einer Sekunde erreichen. Dies ist aber kein Problem, da der grösste Teil der elektrischen Leistung von der schon aufgeladenen Kapazität geliefert wird. Bei einer Kapazität von 1 uF und 1 V ergibt das dann ungefähr einen Spannungsabfall von 0,2 V. So kann ein sicheres Anlaufen des Quarzoszillators sichergestellt werden, ohne dass das System Unruh/Spiralfeder durch einen hohen Anlaufstrom zu stark belastet wird.The POR further serves to ensure safe start-up of the quartz oscillator 1 and to ensure that not too much power is needed when starting the quartz oscillator 1. This can be realized by first charging at least one capacitor 24 with the aid of the rectifier, first with the passive elements (diodes), and with the active elements (comparators and switches) once the power source has been started up. Only when the capacitance which powers the quartz oscillator is charged to a minimum voltage, for example 1 V, is the quartz oscillator 1 started. The current can reach 200 nA for one second. However, this is not a problem since most of the electrical power is supplied by the already charged capacity. At a capacitance of 1 μF and 1 V, this results in a voltage drop of approximately 0.2 V. This ensures a reliable starting of the quartz oscillator without overloading the system balance / coil spring with a high starting current.

[0092] Durch das POR wird auch sichergestellt, dass die zweite Kapazität 26 während des Anlaufvorgangs durch die erste Kapazität 24 mit genügend elektrischer Energie versorgt wird. Es ist auch möglich, den Quarzoszillator 1 ausschliesslich durch die zweite Kapazität 26 zu speisen und den Oszillator 1 erst zu starten, sobald die zweite Kapazität 26 eine gewisse Mindestspannung erreicht hat.It is also ensured by the POR that the second capacitor 26 is supplied with sufficient electrical energy by the first capacitor 24 during the startup process. It is also possible to feed the quartz oscillator 1 exclusively through the second capacitor 26 and to start the oscillator 1 only as soon as the second capacitor 26 has reached a certain minimum voltage.

[0093] Das POR dient weiter dazu, die Regelung der Schwingfrequenz der Unruh in einem bestimmten Regelzustand zu starten. Wenn die Regelung mit Hilfe eines Zählers in der Komparator-Logik-Schaltung 4 funktioniert, kann beispielsweise durch das POR der oder die Zähler zuerst in einem bestimmten Zustand A versetzt werden, um dann beim Verschwinden des POR im den Zustand B gesetzt und freigegeben zu werden.The POR also serves to start the regulation of the oscillation frequency of the balance in a specific control state. If the control works with the aid of a counter in the comparator logic circuit 4, the counter (s) can first be set in a certain state A by the POR, for example, and then set to the state B when the POR disappears ,

[0094] Mit dem POR werden des Weiteren die Komparatoren 7, 8 (13, 14) für den Gleichrichter 23 so geschaltet, dass während des Anlaufvorgangs die Komparatoren 7, 8 (13,14) immer eingeschaltet sind und funktionieren, und erst mit demFurther, with the POR, the comparators 7, 8 (13, 14) for the rectifier 23 are switched so that during the start-up operation, the comparators 7, 8 (13, 14) are always on and functioning, and only with the

Verschwinden des POR werden die Komparatoren zu gewissen Zeiten ein- und ausgeschaltet, um Strom zu sparen. Es ist auch möglich, in der Anlaufphase nur die Komparatoren für den Gleichrichter 23 zu betreiben, und erst im weiteren Verlauf des Anlaufvorgangs dann die weiteren Komparatoren 5, 11 einzuschalten, sobald sie benötigt werden.When the POR disappears, the comparators are turned on and off at certain times to save power. It is also possible to operate in the start-up phase, only the comparators for the rectifier 23, and only in the further course of the start-up then turn on the other comparators 5, 11, as soon as they are needed.

[0095] Das Signal POR hängt von der internen Stromquelle und dem Quarzoszillator 1 sowie falls gewünscht auch von der Spannung an mindestens einer Kapazität ab. Solange die Stromquelle nicht genügend Strom liefert, beträgt ein Signal eines PORA Eins, und solange die Frequenz des Quarzoszillators nicht einen vorbestimmten Wert erreicht, beträgt das Signal eines PORB auch Eins. Und solange die Spannung an einer Kapazität einen gewünschten Wert nicht erreicht, beträgt das Signal des PORC auch Eins. Das Signal POR kann aus PORA, PORB, PORC und Signalen aus dem Frequenzteiler und dem Logikteil der elektronischen Schaltung gebildet werden; zusätzlich dazu können auch noch Signale aus dem analogen Teil der elektronischen Schaltung verwendet werden. Es können aber auch verschiedene POR gebildet werden aus den oben beschriebenen Signalen.The signal POR depends on the internal current source and the quartz oscillator 1 and, if desired, also on the voltage at at least one capacitance. As long as the current source does not supply enough current, a signal of a PORA is one, and as long as the frequency of the quartz oscillator does not reach a predetermined value, the signal of a PORB is also one. And as long as the voltage on a capacitor does not reach a desired value, the signal of the PORC is also one. The signal POR can be formed of PORA, PORB, PORC and signals from the frequency divider and the logic part of the electronic circuit; In addition, signals from the analog part of the electronic circuit can also be used. However, different PORs can also be formed from the signals described above.

Miniaturisierung der elektronischen Schaltung [0096] Die elektronische Schaltung 40 wird vorzugsweise so klein gestaltet, dass sie sich ohne weiteres im Uhrwerk unter einer Brücke anordnen und verstecken lässt.Miniaturization of the Electronic Circuit The electronic circuit 40 is preferably made so small that it can be readily arranged in the movement under a bridge and hidden.

[0097] Idealerweise geschieht dies, indem die Unruhbrücke eines konventionellen mechanischen Uhrwerks mitsamt der Unruh und der Spiralfeder ausgetauscht wird. Nun muss zusätzlich noch die Elektronik 40 im Uhrwerk platziert werden. Es kann vorteilhaft sein, die Elektronik so zu platzieren, dass sie nicht mehr sichtbar ist, beispielsweise unter der Unruhbrücke. Damit dies machbar ist, muss die Elektronik so klein wie möglich gestaltet werden. Im Idealfall lässt sich die elektronische Regelschaltung sogar direkt in die Unruhbrücke integrieren.Ideally, this is done by the balance bridge of a conventional mechanical movement is replaced together with the balance and the coil spring. Now additionally the electronics 40 must be placed in the movement. It may be advantageous to place the electronics so that they are no longer visible, for example, under the balance bridge. For this to be feasible, the electronics must be made as small as possible. Ideally, the electronic control circuit can even be integrated directly into the balance bridge.

[0098] Dies kann realisiert werden, indem die gesamte elektrische Schaltung 40 mit Ausnahme der externen Kapazitäten und des externen Schwingquarzes 1 als eine integrierte elektronische Schaltung 400 realisiert wird. Um weiter Platz zu sparen, wird mit der Flip-Chip-Montagetechnik der Chip 40 direkt, ohne weitere Anschlussdrähte, mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten - zum Substrat/Schaltungsträger hin - montiert. Dies führt zu besonders geringen Abmessungen des Gehäuses und kurzen Leiterlängen. So kann die gesamte Fläche des Die (des Chips) zur Kontaktierung genutzt werden.This can be realized by realizing the entire electric circuit 40 except the external capacitors and the external crystal oscillator 1 as an integrated electronic circuit 400. In order to save further space, with the flip-chip mounting technology, the chip 40 is mounted directly, without further connecting wires, with the active contacting side facing downwards - to the substrate / circuit carrier. This leads to particularly small dimensions of the housing and short conductor lengths. Thus, the entire surface of the die (of the chip) can be used for contacting.

[0099] Die Dimensionen der einzelnen, handelsüblichen Bauelemente haben dann beispielsweise folgende Abmessungen: IC/Chip 40 1 x 1,52 X 1,03x0,4 mmThe dimensions of the individual commercially available components then have, for example, the following dimensions: IC / chip 40 1 × 1.52 × 1.03 × 0.4 mm

Quarz 1 1 x 2,0 χ 0 x 0,6 mmQuartz 1 1 x 2.0 χ 0 x 0.6 mm

Kondensator 2 x 1,0 x 0,5 x 0,5 mmCapacitor 2 x 1.0 x 0.5 x 0.5 mm

Kondensator 3 x 0,4 x 0,2 x 0,2 mm [0100] Die Elemente sind so klein, dass sie sich auf einer gedruckten Schaltung 400 von ca. 3,35 x 2,3 mm unterbringen lassen, und dies auch, wenn die Elemente nur auf einer Seite montiert sind. Es wäre allerdings möglich, die Elemente auch auf beiden Seiten der gedruckten Schaltung anzubringen. Oder es gibt auch die Möglichkeit, eine flexible gedruckte Schaltung zu verwenden und die gedruckte Schaltung dann zu biegen, sodass Kondensatoren aufeinander zu liegen kommen.Capacitor 3 x 0.4 x 0.2 x 0.2 mm The elements are so small that they can be accommodated on a printed circuit board 400 of approximately 3.35 x 2.3 mm, and this too, if the elements are only mounted on one side. However, it would be possible to mount the elements on both sides of the printed circuit. Or it is also possible to use a flexible printed circuit and then bend the printed circuit so that capacitors come to lie on top of each other.

[0101] Auf so einem kleinen Modul ist aber der Platz sehr begrenzt, es hat praktisch nur genügend Platz für die elektronischen Bauteile. Testpads für das Austesten der elektronischen Schaltung können auf so einer kleinen Leiterplatte nicht angebracht werden. Auch das Anordnen der Leiterbahnen zum Verbinden der Elemente untereinander ist so kaum möglich. Dieses Problem kann gelöst werden, indem einerseits die Leiterplatte beidseitig Leiterbahnen aufweist, die auch durchgehend durch die Leiterplatte miteinander verbunden sein können. So ist es möglich, auf der Oberseite der Leiterplatte eine Anzahl von sehr kleinen Kondensatoren aufzulöten, die elektrischen Verbindungen zu den anderen Elementen aber auf der Unterseite der Leiterplatte anzuordnen. Damit ist aber das Problem der Testpads noch nicht gelöst. Dies kann gelöst werden, indem die Testpads 401 auf einem zusätzlichen Teil der Leiterplatte 400 angeordnet werden (Fig. 3a, 3b). Dieser Teil der Leiterplatte 400 wird nach erfolgreichem Testen der Elektronik abgetrennt. So können die Testpads 401 grosszügig gestaltet werden, was später das Testen erleichtert. Da aber ja dieser Teil nach dem erfolgreichen Testen abgetrennt wird, hat die finale Leiterplatte 400 nur sehr kleine Abmessungen.On such a small module but the space is very limited, it has practically only enough space for the electronic components. Test pads for debugging the electronic circuit can not be mounted on such a small circuit board. Also, arranging the conductor tracks for connecting the elements with each other is hardly possible. This problem can be solved by, on the one hand, the printed circuit board has conductor tracks on both sides, which can also be connected to one another continuously through the printed circuit board. It is thus possible to solder a number of very small capacitors on the upper side of the printed circuit board, but to arrange the electrical connections to the other elements on the underside of the printed circuit board. But this does not solve the problem of the test pads. This can be solved by placing the test pads 401 on an additional part of the circuit board 400 (Figures 3a, 3b). This part of the circuit board 400 is disconnected after successful testing of the electronics. Thus, the test pads 401 can be generously designed, which facilitates testing later. But since this part is separated after successful testing, the final circuit board 400 has only very small dimensions.

[0102] Eine weitere Möglichkeit, um Platz zu sparen, besteht darin, die Leiterplatte 400 mindestens teilweise aus flexiblem Material zu fertigen. So können die Anschlüsse 300 für die Piezospiralfeder 20 als eine dünne lange Verlängerung 402 der Leiterplatte 400 gestaltet werden. So ist es nicht mehr notwendig, auf der Leiterplatte Drähte anzulöten, welche dann die elektrische Verbindung zur Piezospiralfeder 20 herstellen. Die Funktion der Drähte übernimmt die dünne, lange Verlängerung der flexiblen Leiterplatte. Dies hat den weiteren Vorteil, dass nach dem Anbringen der elektronischen Bauteile auf der Leiterplatte und dem anschliessenden Testen nur noch die Verbindung zur Piezospiralfeder 20 gemacht werden muss. Dies sind nur noch zwei elektrische Verbindungen, die mit Löten oder mit elektrisch leitfähigem Leim hergestellt werden können. Die elektrische Verbindung könnte aber auch durch Bonden hergestellt werden.Another way to save space is to make the circuit board 400 at least partially of flexible material. Thus, the terminals 300 for the piezospiral spring 20 may be configured as a thin long extension 402 of the circuit board 400. Thus, it is no longer necessary to solder wires on the printed circuit board, which then produce the electrical connection to the piezospiral spring 20. The function of the wires takes over the thin, long extension of the flexible circuit board. This has the further advantage that after attaching the electronic components on the circuit board and the subsequent testing only the connection to the piezospiral spring 20 must be made. These are just two electrical connections that can be made with soldering or with electrically conductive glue. The electrical connection could also be made by bonding.

[0103] Auf der gedruckten Schaltung 400 ist unter dem IC 40 auf beiden Seiten der gedruckten Schaltung Kupfer vorzusehen. So kann kein Licht durch die gedruckte Schaltung dringen und die Funktionsfähigkeit des IC beeinträchtigen.On the printed circuit 400, copper is provided under the IC 40 on both sides of the printed circuit. Thus, no light can penetrate through the printed circuit and affect the functioning of the IC.

[0104] Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung einer mehrlagigen, flexiblen Leiterplatte 400, beispielsweise mit drei Layern. Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Layern wird durch vertikale Kontaktierungen hergestellt. Auf dem obersten Layer sind die Kontakte zum IC, den Kapazitäten, dem Quarz und der Piezospiralfeder aufgebracht. Im Zwi-schenlayer werden die Verbindungen zwischen den Kontaktstellen von IC, Quarz, Kapazitäten und dem Piezogenerator hergestellt, und der dritte Layer kann dazu verwendet werden, unter dem IC eine lichtundurchlässige Barriere zu realisieren. Somit kann auf Lötstoplack verzichtet werden, und der erste und der dritte vollflächige Layer kann zuerst vernickelt und anschliessend vergoldet werden.Another possibility is the use of a multilayer, flexible circuit board 400, for example, with three layers. The electrical connection between the individual layers is produced by vertical contacts. On the uppermost layer, the contacts to the IC, the capacitances, the quartz and the piezospiral spring are applied. In the interlayer, the connections between the IC, quartz, capacitance and piezo-generator junctions are made, and the third layer can be used to create an opaque barrier under the IC. Thus, can be dispensed Lötstoplack, and the first and the third full-surface layer can first be nickel-plated and then gold-plated.

[0105] Um ein sicheres Funktionieren der elektronischen Schaltung zu gewährleisten, wird die elektronische Schaltung 40 nach dem Abtrennen der Testpads mit einem dünnen elektrisch isolierenden Schutzschicht überzogen, beispielsweise mit einem Lack, der unter UV-Licht aushärtet. Damit kann verhindert werden, dass das Elektronikmodul einen unerwünschten elektrischen Kontakt mit dem Uhrwerk oder Teilen des Uhrwerks herstellt und damit in der Funktion beeinträchtigt wird.In order to ensure a safe functioning of the electronic circuit, the electronic circuit 40 is coated after the separation of the test pads with a thin electrically insulating protective layer, for example with a paint which cures under UV light. This can be prevented that the electronic module makes an undesirable electrical contact with the movement or parts of the movement and is thus impaired in the function.

[0106] Auf diese Art und Weise kann ein Elektronikmodul mit möglichst geringer Grundfläche, aber auch mit einem möglichst geringen Volumen realisiert werden.In this way, an electronic module with the smallest possible base area, but also with the smallest possible volume can be realized.

[0107] Es ist aber auch denkbar, die Testpads 401 nicht abzutrennen nach dem Austesten der Elektronik, sondern die Testpads so zu falten, dass sie nur wenig Platz unter der elektronischen Schaltung 400 einnehmen.But it is also conceivable not to separate the test pads 401 after debugging the electronics, but to fold the test pads so that they occupy little space under the electronic circuit 400.

[0108] Wenn die elektronische Schaltung gebogen wird, dann sollte an dieser Stelle nicht mit Nickel beschichtet werden. Nickel ist zu hart, und der Print könnte an dieser Stelle brechen. Mit einer dreilagigen flexiblen gedruckten Schaltung lässt sich dieses Problem lösen, indem die elektrische Verbindung zur Piezospiralfeder durch die mittlere Lage oder Layer realisiert wird.When the electronic circuit is bent, then nickel should not be coated at this point. Nickel is too hard and the print could break at this point. With a three-layer flexible printed circuit, this problem can be solved by the electrical connection to the piezospiral spring is realized by the middle layer or layer.

[0109] Das gesamte Elektronikmodul wird somit sehr klein und lässt sich problemlos unter einer Brücke oder einem ähnlichen Bauteil verstecken. Dies hat den weiteren Vorteil, dass dann die Elektronik vor Licht, vor elektrischen Feldern und vor Magnetfeldern geschützt ist. Erfindungsgemäss wäre es vorteilhaft, die Elektronik unter der Unruhbrücke zu platzieren. So sieht ein erfindungsgemässes Uhrwerk praktisch wie ein rein mechanisches Uhrwerk aus, hat aber den Vorteil der wesentlich besseren Ganggenauigkeit.The entire electronic module is thus very small and can be easily hidden under a bridge or a similar component. This has the further advantage that the electronics are then protected from light, from electric fields and from magnetic fields. According to the invention, it would be advantageous to place the electronics under the balance bridge. Thus, an inventive movement looks like a purely mechanical movement, but has the advantage of much better accuracy.

Feststellen des Regelbereichs [0110] Für den Uhrmacher kann die Möglichkeit hilfreich sein, mit der Regelelektronik anzuzeigen, wenn die Frequenz der Unruh nicht mehr im Regelbereich der Elektronik liegt. Wenn die Unruh zu langsam schwingt, kann die Elektronik beispielsweise anzeigen, dass der Regelbereich ausgeschöpft ist, indem die Schwingfrequenz des Quarzes geändert wird. Dies kann geschehen, indem interne Kapazitäten der integrierte Schaltung 40 hinzu- oder weggeschaltet werden an die Anschlüsse des Quarzoszillators 1. Genau dasselbe kann geschehen, wenn die Unruh zu schnell schwingt und nicht mehr innerhalb des Regelbereichs liegt. Beispielsweise kann die Frequenz des Quarzoszillators erhöht werden, wenn die Unruh zu langsam und ausserhalb des Regelbereichs der Elektronik schwingt. Umgekehrt kann die Frequenz des Quarzoszillators verlangsamt werden, wenn die Unruh zu schnell und ausserhalb des Regelbereichs der Elektronik schwingt. So kann der Uhrmacher durch einfaches Messen der Frequenz des Quarzoszillators feststellen, ob Elektronik die Schwingfrequenz der Unruh korrekt regeln kann.Determining the control range For the watchmaker, the possibility of indicating with the control electronics if the frequency of the balance is no longer within the control range of the electronics can be helpful. For example, if the balance vibrates too slowly, the electronics may indicate that the control range has been exhausted by changing the vibrational frequency of the crystal. This can be done by adding or removing internal capacitances of the integrated circuit 40 to the terminals of the quartz oscillator 1. Exactly the same can happen if the balance vibrates too fast and is no longer within the control range. For example, the frequency of the quartz oscillator can be increased if the balance vibrates too slowly and outside the control range of the electronics. Conversely, the frequency of the quartz oscillator can be slowed down if the balance oscillates too fast and outside the control range of the electronics. Thus, the watchmaker can determine by simply measuring the frequency of the quartz oscillator, whether electronics can correctly regulate the vibration frequency of the balance.

Anschluss der Piezospiralfeder 20 an elektronische Schaltung 40 [0111] Die elektrische Verbindung 300 von der Piezospiralfeder 20 zur elektronischen Schaltung 40 muss so gestaltet werden, dass diese Verbindung durch das Schwingen der Unruh nicht mechanisch belastet wird.Connection of the Piezospiral Spring 20 to the Electronic Circuit 40 The electrical connection 300 from the piezospiral spring 20 to the electronic circuit 40 must be designed in such a way that this connection is not mechanically stressed by the swinging of the balance.

[0112] Die kann beispielsweise gemacht werden, indem das Ende 30 der Spiralfeder 20 mit einer Verdickung 280 zu versehen. Diese Verdickung ist dann keinen Verformungen mehr unterworfen, wenn die Unruh hin und her schwingt und die Spiralfeder verformt wird. Die mechanische Fixierung der Spiralfeder kann auch an dieser Verdickung 280 realisiert werden, sei es durch Schrauben, Klemmen oder Kleben. Und die elektrische Verbindung zur elektronischen Schaltung kann durch Löten, Kleben mit einem elektrisch leitfähigem Leim (Adhesive Conducting Glue oder Adhesive Conduction Paste) oder durch Bonden realisiert werden; es ist aber auch eine elektrische Verbindung denkbar, die mit mechanischen Mitteln realisiert wird, beispielsweise durch Klemmen.This can be done, for example, by providing the end 30 of the coil spring 20 with a thickening 280. This thickening is then no longer subject to deformation when the balance oscillates back and forth and the coil spring is deformed. The mechanical fixation of the coil spring can also be realized on this thickening 280, be it by screwing, clamping or gluing. And the electrical connection to the electronic circuit can be realized by soldering, gluing with an adhesive conductive adhesive or Adhesive Conduction Paste or by bonding; but it is also an electrical connection conceivable, which is realized by mechanical means, for example by clamping.

[0113] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Spiralfeder 20 so zu verlängern, dass das Ende 280 der Piezospiralfeder über das Klötzchen hinausragt, sodass die elektrische Verbindung 300 zwischen der Piezospiralfeder 20 und der elektronischen Schaltung 40 am mechanisch unbelasteten Ende hergestellt werden kann. Dies kann beispielsweise mit Löten geschehen, wenn dabei die Curie-Temperatur des piezoelektrischen Materials nicht überschritten wird.Another possibility is to extend the coil spring 20 so that the end 280 of the piezospiral spring projects beyond the blocks, so that the electrical connection 300 between the piezospiral spring 20 and the electronic circuit 40 at the mechanically unloaded end can be made. This can be done with soldering, for example, if the Curie temperature of the piezoelectric material is not exceeded.

[0114] Eine andere Variante ist, das Klötzchen so zu gestalten, dass im vorderen Bereich die Piezospiralfeder 20 mechanisch gehalten wird und die Schwingungen aufnimmt, und im hinteren Bereich der elektrische Kontakt zwischen den Elek- troden des Piezomaterials und der Elektronischen Schaltung 40 hergestellt wird. Die Elektroden können mit CVD(Chemical Vapor Deposition)-Prozess auf dem Piezomaterial aufgebracht werden. Alternativ können die Elektroden mit Sputtering oder mit einem galvanischen Verfahren aufgebracht werden.[0114] Another variant is to make the block so that in the front region the piezospiral spring 20 is held mechanically and absorbs the vibrations, and in the rear region the electrical contact between the electrodes of the piezoelectric material and the electronic circuit 40 is established , The electrodes can be applied to the piezo material by CVD (Chemical Vapor Deposition) process. Alternatively, the electrodes may be applied by sputtering or by a galvanic process.

[0115] Bei einem erfindungsgemässen Uhrwerk können sämtliche für mechanische Uhren schon bekannten Komplikationen wie automatischer Aufzug, Datum, Mondphase, Chronograph, usw. realisiert werden. Der Unterschied zum herkömmlichen mechanischen Uhrwerk ist nur in der Realisierung der Regelung. Alle anderen Bauteile sind zu einer mechanischen Uhr identisch.In a movement according to the invention, all the complications already known for mechanical watches, such as automatic winding, date, moon phase, chronograph, etc., can be realized. The difference to the conventional mechanical movement is only in the realization of the scheme. All other components are identical to a mechanical clock.

[0116] Das erfindungsgemässe Uhrwerk kann so konstruiert werden, dass der Endkunde wählen kann, ob er eine konventionelle, mechanische Unruh haben will oder eine zusätzlich noch elektronisch geregelte Unruh. In diesem Fall werden die Unruh und die Spiralfeder des erfindungsgemässen Uhrwerks anders gestaltet sein, Anker, Ankerrad können gleich bleiben, obwohl diese eventuell auch verändert werden. Die Lagerstellen sind dagegen dieselben. Die Elektronik kann beispielsweise in der Unruhbrücke integriert werden. So ist sichergestellt, dass die Platine des Uhrwerks für beide Arten von Uhren, sei es rein mechanisch oder noch zusätzlich elektronisch geregelt, dieselbe ist. Auf diese Weise wird sich eine höhere Wertschöpfung bei gleichem Kapitaleinsatz generieren lassen.The inventive movement can be designed so that the end customer can choose whether he wants to have a conventional mechanical balance or an additionally electronically controlled balance. In this case, the balance and the spiral spring of the inventive movement will be designed differently, anchor, escape wheel can remain the same, although they may also be changed. The bearings are the same. The electronics can be integrated, for example, in the balance bridge. This ensures that the watch's plate is the same for both types of watches, whether purely mechanical or electronically controlled. In this way, a higher added value can be generated with the same amount of capital.

Zusammenführen von Unruh und Piezospiralfeder [0117] Da sie getrennt hergestellt werden, müssen Unruh und Spiralfeder aneinander angepasst werden. Es ist sehr wichtig, Spirale und Unruh präzise herzustellen, damit das Trägheitsmoment der Unruh und das Moment der Spiralfeder aufeinander abgestimmt werden können.Merging balance and piezospiral spring Because they are made separately, the balance and coil spring must be matched. It is very important to make the spiral and balance precisely so that the moment of inertia of the balance and the moment of the coil spring can be balanced.

[0118] Diese Methode besteht darin, eine Unruh mit der passenden Spiralfeder zusammenzuführen. Die Unruhen, bereits ausgewuchtet, werden in mehrere, zum Beispiel zwanzig, Klassen entsprechend ihrem Trägheitsmoment eingeteilt.This method is to merge a balance with the appropriate coil spring. The riots, already balanced, are divided into several, for example twenty, classes according to their moment of inertia.

[0119] Die Piezospiralfedern werden auch anhand ihres jeweiligen Momentes ebenfalls in mehreren, zum Beispiel zwanzig, Klassen eingeteilt.The piezospiral springs are also classified according to their respective moment in several, for example, twenty classes.

[0120] Die derart eigeteilten Unruhen und Spiralfedern können einander nun ihren Klassen entsprechend zugeordnet werden.[0120] The riots and coil springs so divided can now be assigned to each other according to their classes.

[0121] Da die Schwingfrequenz der Unruh mit Hilfe der Regelelektronik in einem Bereich von ca. 1% verändert werden kann, ist es bei der sorgfältigen Vermessung von Unruhe und Piezospiralfeder und der anschliessenden Montage möglich, die genaue Schwingfrequenz der Unruh nur mit der kleinen Hilfselektronik zu regeln. Der Uhrmacher hat also im Idealfall mit dem Reglage nichts mehr zu tun.Since the oscillating frequency of the balance can be changed by means of the control electronics in a range of about 1%, it is possible with the careful measurement of restlessness and piezospiral and the subsequent assembly, the exact oscillation frequency of the balance only with the small auxiliary electronics to regulate. Ideally, the watchmaker has nothing to do with the regulator.

[0122] Es ist auch sinnvoll, nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Piezospiralfeder zu vermessen, sondern auch die elektrischen Eigenschaften wie beispielsweise die induzierte Spannung in Abhängigkeit von der Amplitude der Unruh, den inneren Widerstand der Piezospiralfeder und die elektrische Kapazität der Piezospiralfeder. So können mechanisch einwandfreie, elektrisch aber defekte Spiralfedern aussortiert werden.It is also useful not only to measure the mechanical properties of the piezospiral spring, but also the electrical properties such as the induced voltage as a function of the amplitude of the balance, the internal resistance of the piezospiral and the electrical capacity of the piezospiral. So mechanically faultless, electrically but defective coil springs can be sorted out.

Weitere Reduzierung der Leistungsaufnahme sowie Minimierung der Abmessungen der elektronischen Schaltung [0123] Die Leistungsaufnahme der elektronischen Schaltung kann weiter verringert werden, indem eine mit Fig. 9, 10 oder 11 dargestellte andere Variante des Gleichrichters und der Spannungsregelungsschaltung verwendet wird. Diese Variante der Spannungsregelung benötigt dazu nur noch eine Kapazität 26, also eine Kapazität weniger als die vorgängig beschriebene Schaltung, und ermöglicht so kleinere Abmessungen der elektronischen Schaltung. Die Verwendung von nur einem Kondensator 26 in Fig. 9,10 und 11 vermeidet auch die Verwendung eines zusätzlichen Schalters 25 zwischen dem ersten Kondensator 24 und dem zweiten Kondensator 26 in Fig. 2, 7 und 8. Dadurch wird der Spannungsabfall zwischen dem ersten und zweiten Kondensator 24 und 26 beim Schliessen des Schalters 25 vermieden und der Energieverbrauch weiter optimiert.Further reduction of power consumption and minimization of the dimensions of the electronic circuit The power consumption of the electronic circuit can be further reduced by using a different variant of the rectifier and the voltage regulation circuit shown in FIGS. 9, 10 or 11. This variant of the voltage regulation requires only a capacity 26, that is, a capacity less than the circuit described above, and thus allows smaller dimensions of the electronic circuit. The use of only one capacitor 26 in FIGS. 9, 10 and 11 also avoids the use of an additional switch 25 between the first capacitor 24 and the second capacitor 26 in FIGS. 2, 7 and 8. Thereby, the voltage drop between the first and second capacitors 26 is reduced second capacitor 24 and 26 when closing the switch 25 avoided and further optimized energy consumption.

[0124] Der Gleichrichter 23 mit Komparatoren 7 und 8 lädt die Kapazität 26. Die Regelung der Spannung der Kapazität 26 wird nun realisiert, indem ein Komparator 11 mit einer Ladefensterschaltung 12 (hier eine Speicherzelle oder ein Flipflop) kombiniert wird. Durch einen Einschaltdetektor 5 (hier ein Komparator), welcher den Nulldurchgang der Wechselspannung VgenA-VgenB detektiert, wird über die Antikoinzidenzschaltung 3 bei jedem Nulldurchgang der Wechselspannung ein Impuls ausgelöst. Dieser Impuls schaltet den Gleichrichter 23 über die Speicherzelle 12 ein. Der Komparator 11 vergleicht die Spannung Vdd des Kondensators 26 mit einer vorgegebenen Spannung Vref. Sobald Vdd höher ist als Vref, wird die Speicherzelle 12 zurückgesetzt und der Gleichrichter wird ganz oder teilweise ausgeschaltet. Erst beim nächsten Phasenwechsel bzw. Nulldurchgang der Wechselspannung wird der Gleichrichter 23 wieder eingeschaltet, und sobald Vdd höher ist als Vref, wird der Gleichrichter 23 wieder ausgeschaltet. Auf diese Weise kann ein sehr effizienter Gleichrichter realisiert werden. Damit die Transistoren des Gleichrichters über den gesamten Spannungsbereich der Wechselspannung VgenA und VgenB möglichst einwandfrei funktionieren, werden wo notwendig die Transistoren über Levelshifter 10a und 10b angesteuert. Der Transistor 232, der den Anschluss VgenA mit Vdd verbindet wird über einen Levelshifter 10a vom Komparator 8 angesteuert, der selber mit VgenA gespiesen wird. Der Komparator 8 wird ja mit Vdd gespiesen, VgenA könnte aber höher sein als Vdd. Deshalb wird dieser Schalter mit einem Signal angesteuert, welches dieselbe Spannung hat wieThe rectifier 23 with comparators 7 and 8 charges the capacitor 26. The regulation of the voltage of the capacitor 26 is now realized by combining a comparator 11 with a charging window circuit 12 (here a memory cell or a flip-flop). By a switch-5 (here a comparator), which detects the zero crossing of the AC voltage VgenA-VgenB, a pulse is triggered via the anti-coincidence circuit 3 at each zero crossing of the AC voltage. This pulse turns on the rectifier 23 via the memory cell 12. The comparator 11 compares the voltage Vdd of the capacitor 26 with a predetermined voltage Vref. As soon as Vdd is higher than Vref, the memory cell 12 is reset and the rectifier is completely or partially turned off. Only at the next phase change or zero crossing of the alternating voltage, the rectifier 23 is turned on again, and as soon as Vdd is higher than Vref, the rectifier 23 is turned off again. In this way, a very efficient rectifier can be realized. So that the transistors of the rectifier function as perfectly as possible over the entire voltage range of the AC voltage VgenA and VgenB, the transistors are controlled via level shifters 10a and 10b where necessary. The transistor 232, which connects the terminal VgenA with Vdd is controlled by a level shifter 10a from the comparator 8, which itself is fed with VgenA. The comparator 8 is indeed fed with Vdd, but VgenA could be higher than Vdd. Therefore, this switch is driven by a signal which has the same voltage as

VgenA. Dasselbe gilt für den Schalter 231, der vom Komparator 7 über den Levelshifter 10b, der mit VgenB gespiesen wird, angesteuert wird. So kann ein einwandfreies Funktionieren des Gleichrichters 23 sowie ein maximaler Wirkungsgrad des Gleichrichters 23 realisiert werden. Zudem wird auf diese Weise die Leistungsaufnahme der gesamten elektronischen Schaltung minimiert.VgenA. The same applies to the switch 231, which is controlled by the comparator 7 via the level shifter 10b, which is fed with VgenB. Thus, a proper functioning of the rectifier 23 and a maximum efficiency of the rectifier 23 can be realized. In addition, in this way the power consumption of the entire electronic circuit is minimized.

[0125] Fig. 12 zeigt nun den Spannungsverlauf des ersten Anschlusses der Wechselspannung VgenA, des zweiten Anschlusses der Wechselspannung VgenB und der Kondensatorspannung Vdd, die zum Betrieb der elektronischen Schaltung in Fig. 11 verwendet wird. Bei dem durch den Einschaltdetektor 5 detektierten Phasenwechsel ζ wird an der Ladefensterschaltung 12 ein Ladesignal en ausgegeben, welches die Schalter zwischen den Komparatoren 7 und 8 und den Le-velshiftern 10a und 10b (oder andere Komponenten des Gleichrichters 23) einschaltet. Gleichzeitig wird VgenB mit dem zweiten Anschluss des Kondensators 26 verbunden, der wiederum mit der Masse Vss verbunden ist. Dadurch wird ein Floaten des nicht verbundenen Anschlusses der Wechselspannung vermieden. Zu dem Zeitpunkt t| erreicht nun VgenA die Spannung Vdd und der Komparator 8 schaltet über den Levelshifter 10a den Transistor 232' ein und verbindet VgenA mit dem ersten Anschluss des Kondensators Vdd, um diesen zu laden. Somit ist der Spannungsabfall über den Transistor 232' nur durch den minimalen Verlust des Transistors 232' gegeben. Die Verlustleistung über den Transistor 232' ist somit minimal. Zwischen t| und tOff wird der Kondensator 26 nun mit der ansteigenden Wechselspannung des ersten Anschlusses VgenA geladen, bis zu dem Zeitpunkt tOff, zu dem die Kondensatorspannung Vdd die Referenzspannung Vref erreicht. Bei Erreichen der Referenzspannung Vref schaltet die Ladefensterschaltung 12 auf der Basis des Komparators 11 das Ladefenster in dem Ladefenstersignal en aus, sodass die Schalterzwischen den Komparatoren 7 und 8 und den Levelshiftern 10a und 10b ausgeschalten werden, um das Laden des Kondensators 26 zu unterbrechen. Danach folgt VgenA der induzierten Spannung, bis VgenA zu dem Zeitpunkt ts die Phase wechselt (die Halbperiode abschliesst) und VgenB grösser als VgenA wird. Zu diesem Zeitpunkt ts wird nun VgenA mit dem Transistor 230' mit dem zweiten Anschluss Vss (Masse) des Kondensators 26 verbunden, und VgenB von diesem über den Transistor 233' getrennt. VgenB steigt nun entsprechend der induzierten Spannung an, bis zu dem Zeitpunkt, an dem t| VgenB grösser gleich oder grösser als Vdd ist. Zu diesem Zeitpunkt wird nun der Transistor 231 ' auf der Basis des Komparators 7 und des Levelshifters 10b eingeschaltet und VgenB mit dem Kondensator 26 verbunden, um diesen zu laden. Zu dem Zeitpunkt tOff, an dem Vdd Vref erreicht oder übersteigt, wird das Ladefenster wieder geschlossen und somit der Transistor 231 ' geöffnet. Während VgenB entsprechend der induzierten Spannung die Halbperiode beendet, entlädt sich der Kondensator 26 langsam entsprechend der durch die elektronische Schaltung verbrauchten Energie.Fig. 12 now shows the voltage waveform of the first terminal of the AC voltage VgenA, the second terminal of the AC voltage VgenB and the capacitor voltage Vdd, which is used to operate the electronic circuit in Fig. 11. In the phase change detekt detected by the turn-on detector 5, a charging signal EN is outputted to the charging window circuit 12, which turns on the switches between the comparators 7 and 8 and the lever lifters 10a and 10b (or other components of the rectifier 23). At the same time VgenB is connected to the second terminal of the capacitor 26, which in turn is connected to the ground Vss. As a result, floating of the non-connected terminal of the AC voltage is avoided. At the time t | VgenA now reaches the voltage Vdd and the comparator 8 turns on the transistor 232 'via the level shifter 10a and connects VgenA to the first terminal of the capacitor Vdd to charge it. Thus, the voltage drop across the transistor 232 'is given only by the minimum loss of the transistor 232'. The power loss through the transistor 232 'is thus minimal. Between t | and tOff, the capacitor 26 is now charged with the rising AC voltage of the first terminal VgenA until the time tOff when the capacitor voltage Vdd reaches the reference voltage Vref. Upon reaching the reference voltage Vref, the charging window circuit 12 turns off the charging window in the charging window signal s based on the comparator 11 so that the switches between the comparators 7 and 8 and the level shifters 10a and 10b are turned off to stop the charging of the capacitor 26. Thereafter, VgenA follows the induced voltage until VgenA changes phase at the time ts (the half-period ends) and VgenB becomes larger than VgenA. At this time ts, VgenA is now connected to the transistor 230 'to the second terminal Vss (ground) of the capacitor 26, and VgenB is disconnected therefrom via the transistor 233'. VgenB now increases according to the induced voltage until the time t | VgenB is greater than or equal to Vdd. At this time, the transistor 231 'based on the comparator 7 and the level shifter 10b is now turned on and VgenB is connected to the capacitor 26 to charge it. At time tOff, when Vdd reaches or exceeds Vref, the load window is closed again, thus opening transistor 231 '. While VgenB completes the half cycle in accordance with the induced voltage, the capacitor 26 discharges slowly according to the power consumed by the electronic circuit.

[0126] Vorteilhafterweise werden die Transistoren 230' und 233' direkt mit dem Ausgang des Komparators 5 bzw. dessen inversen Signal geschaltet, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Damit ist der Generator zu jedem Zeitpunkt entweder über VgenA oder VgenB an die Masse Vss angeschlossen. Dies hat einerseits den Vorteil, dass so die Generatorspannung nie floatend wird, und dass andererseits auch über den Schalter, welcher den entsprechenden Generatoranschluss mit der Masse Vss verbindet, kein oder nur ein geringer Spannungsabfall entsteht.Advantageously, the transistors 230 'and 233' are connected directly to the output of the comparator 5 or its inverse signal, as shown in Fig. 11. Thus, the generator is connected at any time either via VgenA or VgenB to the ground Vss. On the one hand, this has the advantage that the generator voltage never becomes floating, and that, on the other hand, no or only a slight voltage drop occurs via the switch which connects the corresponding generator connection to the ground Vss.

[0127] Das Ladefenster kann auch auf andere Weise definiert werden, idealerweise wird aber der Nulldurchgang der Wechselspannung detektiert, der Gleichrichter eingeschaltet, und, sobald Vdd Vref erreicht, wieder ausgeschaltet. Allerdings kann der Einschaltzeitpunkt beliebig zwischen dem Zeitpunkt, an dem die nicht mit der Masse verbundene Wechselspannung VgenA oder VgenB die Kondensatorspannung Vdd unterschreitet, und tL gewählt werden. Wenn tL als Einschaltpunkt des Ladefensters verwendet wird, kann auch das Ladefenster direkt zum Schalten des Transistors 231 ' oder 232' (evtl, über den Levelshifter 10a oder 10b) verwendet werden. Allerdings sollten die Transistoren 230' und 233' dann direkt mit dem Ausgang des Komparators 5 bzw. dessen Inversen geschaltet werden, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Somit kann eine sichere Verbindung der nicht mit dem ersten Anschluss (Vdd) des Kondensators 26 verbundenen Anschlusses der Wechselspannung mit der Masse beim Phasenwechsel gewährleistet werden. Der Ausschaltpunkt wird in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auf der Basis von Vdd bestimmt. Da aber der nicht mit der Masse verbundene Wechselspannungsanschluss VgenA oder VgenB zwischen dem Einschaltzeitpunkt bis kurz vor dem Erreichen von tOff (mit Vdd = Vref) immer kleiner als Vref ist, könnte auch der nicht mit der Masse verbundene Wechselspannungsanschluss VgenA oder VgenB zur Detektion des Erreichens von Vdd = Vref und somit zur Detektierung des Ausschaltzeitpunktes des Transistors 231 ' oder 232' verwendet werden, da zu diesem Zeitpunkt Vdd = VgenA bzw. Vdd = VgenB ist. Auch bei geringer benötigter Leistung der elektronischen Schaltung kann das Ladefenster auch nur in jeder zweiten, dritten oder vierten (vorzugsweise zweiten, vierten, sechsten, ... (gerade Anzahl)) Halbperiode eingestellt werden. Wenn das Ladefenster nur in jeder zweiten (oder vierten, sechsten, ...) Halbperiode eingeschaltet würde, könnte der Gleichrichter 23 ohne die Transistoren 231 ' und 233' (bzw. ohne Transitoren 230' und 232') auskommen. Um weiter Strom zu sparen, können sogar die Komparatoren 7 und 8 sowie der Komparator 11 durch die Speicherzelle 12 ein- und ausgeschaltet werden.The load window can also be defined in other ways, but ideally the zero crossing of the AC voltage is detected, the rectifier is turned on, and as soon as Vdd reaches Vref, it is switched off again. However, the turn-on time can be arbitrarily set between the time when the AC voltage VgenA or VgenB not connected to the ground goes below the capacitor voltage Vdd, and tL. If tL is used as the charging point of the charging window, the charging window can also be used directly for switching the transistor 231 'or 232' (possibly via the level shifter 10a or 10b). However, the transistors 230 'and 233' should then be connected directly to the output of the comparator 5 or its inverse, as shown in FIG. 11. Thus, a secure connection of not connected to the first terminal (Vdd) of the capacitor 26 connection of the AC voltage to the ground during the phase change can be ensured. The switch-off point is determined in the described embodiment on the basis of Vdd. However, since the AC voltage terminal VgenA or VgenB not connected to the ground is always smaller than Vref between the turn-on time and the reaching of tOff (with Vdd = Vref), the non-ground AC terminal VgenA or VgenB may also be used to detect the reaching of Vdd = Vref and thus for detecting the turn-off timing of the transistor 231 'or 232', since at this time Vdd = VgenA and Vdd = VgenB, respectively. Even with low required power of the electronic circuit, the loading window can also be set only in every second, third or fourth (preferably second, fourth, sixth, ... (even number)) half-period. If the loading window were turned on only every other (or fourth, sixth,...) Half cycle, the rectifier 23 could get along without the transistors 231 'and 233' (or without transistors 230 'and 232'). To further save power, even the comparators 7 and 8 and the comparator 11 can be turned on and off by the memory cell 12.

[0128] Diese Lösung hat somit den Vorteil, dass durch das Abschalten des Gleichrichters oder von Komponenten des Gleichrichters durch die verkürzte Betriebsdauer des Gleichrichters oder dessen Komponenten Energie gespart werden kann. Zusätzlich wird durch den nicht mehr notwendigen Schalter 25 aus Fig. 2, 7 und 8 Energie gespart. Ausserdem ist der Spannungsabfall über den die Wechselspannung VgenA oder VgenB mit dem ersten Anschluss des Kondensators 26 verbindende Transistor 232' oder 233' beim Laden des Kondensators 26 verschwindend gering. Vorzugsweise wird in jeder Periode bzw. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Null7Mittelwertsdurchgängen der Wechselspannung (Halbperiode) der Gleichrichter bzw. eine Komponente des Gleichrichters nur für eine bestimmte Zeit, z.B. bis eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, eingeschaltet. Diese Bedingung ist zum Beispiel das Erreichen einer Referenzspannung an dem Kondensator 26. Die Referenzspannung ist dabei so gewählt, dass sie höher als die für die Schaltung notwendige Betriebsspannung ist, insbesondere so hoch, dass die Kondensatorspannung bei maximaler Belastung der Schaltung bis zur nächsten Periode bzw. bis zum nächsten Nulldurchgang der Wechselspannung genügend Energie bzw. Leistung liefert. Somit kann einerseits ein sicherer Betrieb der Schaltung sichergestellt werden, aber gleichzeitig der Betrieb des Gleichrichters minimiert werden. Gleichzeitig wird die Schaltung auch von durch die Piezospirale erzeugte Spannungspeaks geschützt, da der Gleichrichter bei Spannungen oberhalb der Referenzspannung abschaltet.This solution thus has the advantage that energy can be saved by switching off the rectifier or components of the rectifier by the shortened operating time of the rectifier or its components. In addition, energy is saved by the no longer necessary switch 25 of Fig. 2, 7 and 8. In addition, the voltage drop across the AC voltage VgenA or VgenB with the first terminal of the capacitor 26 connecting transistor 232 'or 233' when charging the capacitor 26 is vanishingly small. Preferably, in each period or between two consecutive zero-mean value passages of the alternating voltage (half period) the rectifier or one component of the rectifier is only for a certain time, e.g. until a certain condition is fulfilled, switched on. This condition is, for example, the achievement of a reference voltage at the capacitor 26. The reference voltage is chosen so that it is higher than the operating voltage necessary for the circuit, in particular so high that the capacitor voltage at maximum load of the circuit until the next period or until the next zero crossing of the AC voltage supplies sufficient energy or power. Thus, on the one hand safe operation of the circuit can be ensured, but at the same time the operation of the rectifier can be minimized. At the same time, the circuit is also protected by voltage peaks generated by the piezospire, since the rectifier shuts off at voltages above the reference voltage.

[0129] Da Vdd wesentlich tiefer sein kann als VgenA und VgenB, ist es vorteilhaft, das Zu- und Wegschalten der Regelkondensatoren parallel zur Piezospiralfeder 20 für die Frequenzregelung zu optimieren. Dies wird anhand des Regelkondensators 222 näher erläutert. Um die Kapazität sicher parallel zur Piezospiralfeder schalten zu können, werden zwei oder drei parallele Transmissiongates 221 verwendet. Das erste Transmissiongate wird mit einem Signal aus der Komparator-Logik-Schaltung 4 über einen Levelshifter 9a, der mit VgenA gespiesen wird, geschaltet. Das zweite Transmissiongate wird über den Levelshifter 9b, der mit VgenB gespiesen wird, geschaltet, und das dritte Transmissiongate wird direkt aus der Komparator-Logik-Schaltung angesteuert. So kann sichergestellt werden, dass die Kapazitäten niederohmig parallel zur Piezospiralfeder geschaltet sind, wenn dies gewünscht ist, und dass eine Änderung der Steifigkeit der Spiralfeder praktisch verlustfrei realisiert werden kann.Since Vdd can be much lower than VgenA and VgenB, it is advantageous to optimize the switching on and off of the control capacitors parallel to the piezospiral spring 20 for the frequency control. This will be explained in more detail with reference to the control capacitor 222. In order to be able to switch the capacitance securely parallel to the piezospiral spring, two or three parallel transmission gates 221 are used. The first transmission gate is switched with a signal from the comparator logic circuit 4 via a level shifter 9a fed with VgenA. The second transmission gate is switched via the level shifter 9b supplied with VgenB, and the third transmission gate is directly driven from the comparator logic circuit. So it can be ensured that the capacitances are connected in low impedance parallel to the piezospiral spring, if desired, and that a change in the stiffness of the coil spring can be realized virtually lossless.

Optimierung der Beschichtung der Piezospiralfeder [0130] Die Piezospiralfeder besteht aus einer Spiralfeder aus Silizium, die mit einer geeigneten piezoelektrischen Beschichtung sowie den entsprechenden Elektroden versehen ist.Optimization of the coating of the piezospiral spring The piezospiral spring consists of a spiral spring made of silicon, which is provided with a suitable piezoelectric coating and the corresponding electrodes.

[0131] Dieser Prozess kann optimiert werden, indem nach dem Tiefenätzen der Spiralfedern in den Siliziumwafer der Wafer oxidiert wird, und dann dieses Oxid wieder entfernt wird. Dieses Vorgehen kann zwei- oder dreimal wiederholt werden. Danach ist die Oberfläche der Spiralfeder schön glatt.This process can be optimized by oxidizing the wafer after deep etching the coil springs into the silicon wafer, and then removing this oxide again. This procedure can be repeated two or three times. After that, the surface of the spiral spring is nice and smooth.

[0132] Da Silizium aber ein Kristall ist mit einer bestimmten Gitterkonstante und die Piezobeschichtung auch aus Kristallen besteht, ist es vorteilhaft, wenn die Piezobeschichtung auf eine amorphe Schicht aufgebracht wird. Wenn die Piezobeschichtung direkt auf das Silizium aufgebracht wird, richtet sich das Kristallwachstum der Piezobeschichtung nach dem darunterliegenden Kristall aus. Da aber die Abstände der Atome auf der Oberfläche der Spiralfeder nicht überall identisch sind, führt dies zu einem unterschiedlichen Kristallwachstum der Piezobeschichtung und somit auch zu einer schlechten Ausrichtung der Piezokristalle. Zudem können Spannungen zwischen der Piezobeschichtung und dem Silizium entstehen, und die Spiralfedern können dadurch verzogen werden.However, since silicon is a crystal with a certain lattice constant and the piezo-coating also consists of crystals, it is advantageous if the piezo-coating is applied to an amorphous layer. When the piezo coating is applied directly to the silicon, crystal growth of the piezo coating aligns with the underlying crystal. However, since the distances of the atoms on the surface of the spiral spring are not identical everywhere, this leads to a different crystal growth of the piezo-coating and thus also to a poor alignment of the piezo-crystals. In addition, tensions between the piezo coating and the silicon can arise, and the coil springs can be distorted thereby.

[0133] Dieses Problem kann gelöst werden, indem auf die Siliziumspiralfeder eine amorphe Schicht aufgebracht wird, auf welche dann die Piezobeschichtung aufgebracht wird. Wenn die Piezobeschichtung auf einer amorphen Schicht aufwächst, sind überall auf der Spiralfeder die Bedingungen für das Wachstum der Piezokristalle identisch. So kann sichergestellt werden, dass die Kristalle alle c-Achsen-orientiert aufwachsen und auch die richtige Polarität haben. Zudem sind die Spiralfedern nach dem Beschichtungsprozess nicht mehr verzogen, da überall an der Spiralfeder dieselben Beschichtungsbedingungen vorliegen.This problem can be solved by an amorphous layer is applied to the silicon coil spring, on which then the piezo-coating is applied. When the piezo coating grows on an amorphous layer, the conditions for the growth of the piezocrystals are identical throughout the spiral spring. This ensures that the crystals all grow up c-axis-oriented and also have the correct polarity. In addition, the coil springs are no longer warped after the coating process, as there are the same coating conditions everywhere on the coil spring.

[0134] Eine einfache Möglichkeit für das Aufbringen einer amorphen Schicht auf die Siliziumspiralfeder ist das Oxidieren der Oberfläche, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 50 nm Siliziumdioxid. Dies reicht aus, damit die Oberfläche vollkommen amorph ist und dass die Oberfläche für das Aufwachsen der Piezobeschichtung überall identisch ist. Es können aber auch andere amorphe Schichten verwendet werden, beispielsweise Siliziumnitrid. Siliziumdioxid lässt sich aber am einfachsten realisieren, da muss der Siliziumwafer nur kurz oxidiert werden.A simple possibility for the application of an amorphous layer on the silicon spiral spring is the oxidation of the surface, for example with a layer thickness of 50 nm silicon dioxide. This is sufficient so that the surface is completely amorphous and that the surface for growing the piezo coating is identical everywhere. However, it is also possible to use other amorphous layers, for example silicon nitride. However, silicon dioxide is the easiest to implement because the silicon wafer only has to be oxidized for a short time.

[0135] Ein weiterer Vorteil einer dünnen amorphen Schicht aus SiO2 zwischen dem Silizium und der Piezobeschichtung besteht darin, dass Spannungsspitzen gedämpft werden, dass die Oxidschicht wie ein Puffer wirkt. Zudem werden durch das Oxidieren auch die scharfen Kanten des Siliziums gerundet, was sich wiederum vorteilhaft auf die Piezobeschichtung auswirkt.A further advantage of a thin amorphous layer of SiO 2 between the silicon and the piezo-coating is that stress peaks are damped so that the oxide layer acts like a buffer. In addition, the sharp edges of the silicon are rounded by the oxidation, which in turn has an advantageous effect on the piezo coating.

[0136] Ein Nachteil der amorphen Schicht aus SiO2 besteht darin, dass SiO2 ein guter Isolator ist. Dadurch wird der elektrische Wirkungsgrad der Piezospiralfeder herabgesetzt, dazwischen der Innenelektrode (Siliziumspiralfeder) und der Aussenelektrode (Beschichtung aus beispielsweise Titan/Gold) sich nicht nur piezoelektrisch aktives Material befindet, sondern auch das SiO2. So wird ein Teil der im Piezo erzeugten Ladung abgeschirmt und kann durch die Elektroden nicht abgegriffen werden.A disadvantage of the amorphous layer of SiO 2 is that SiO 2 is a good insulator. As a result, the electrical efficiency of the piezospiral spring is reduced, between the inner electrode (silicon spiral spring) and the outer electrode (coating of titanium / gold, for example) is not only piezoelectrically active material, but also the SiO2. Thus, a part of the charge generated in the piezo is shielded and can not be tapped by the electrodes.

[0137] Ein weiterer Nachteil der amorphen Schicht SiO2 besteht darin, dass diese Schicht mit der ersten Schicht aus AIN reagieren kann. Dies kann zu einer schlechten Qualität der Piezobeschichtung führen, und das SiO2 kann sogar durch das AI im Precursor reduziert werden. Im Extremfall kann die SiO2-Schicht komplett aufgelöst werden während des Beschichtungsprozesses.Another disadvantage of the amorphous layer SiO2 is that this layer can react with the first layer of AlN. This can lead to a poor quality of the piezo coating, and the SiO 2 can even be reduced by the Al in the precursor. In extreme cases, the SiO2 layer can be completely dissolved during the coating process.

[0138] Diese beiden Probleme können gelöst werden, indem auf die Schicht SiO2 noch eine dünne Schicht aus beispiels-wiese Titannitrid oder einem anderen geeigneten Material abgeschieden wird. Wenn eine dünne Schicht TiN (einige nm) auf eine amorphe Schicht aufgebracht wird, ist das aufgebrachte TiN amorph, hat aber immer noch eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit. Zudem reagiert Ti viel weniger als AI mit SiO2, und TiN kann auch bei tieferen Temperaturen aufgebracht werden als AIN. Und sobald einige nm TiN auf das SiO2 aufgebracht sind, kann eine erste Hochtempera-These two problems can be solved by depositing on the layer of SiO 2 still a thin layer of, for example, titanium nitride or another suitable material. When a thin layer of TiN (a few nm) is applied to an amorphous layer, the deposited TiN is amorphous but still has sufficient electrical conductivity. In addition, Ti reacts much less than Al with SiO2, and TiN can also be deposited at lower temperatures than AIN. And as soon as a few nm of TiN are applied to the SiO 2, a first high-temperature

Claims (21)

Patentansprücheclaims 1. Elektronische Schaltung mit einem Kondensator (26) zur Spannungsversorgung und einem Gleichrichter (23) zum Gleichrichten einer Wechselspannung und zum Laden des Kondensators (26), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung ausgebildet ist, zumindest eine Komponente des Gleichrichters (23) zur Unterbrechung des Ladens des Kondensators (26) auszuschalten.Anspruch [en] An electronic circuit comprising a capacitor (26) for supplying voltage and a rectifier (23) for rectifying an AC voltage and charging the capacitor (26), characterized in that the electronic circuit is designed to provide at least one component of the rectifier (23) Disconnect the charging of the capacitor (26). 2. Elektronische Schaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die elektronische Schaltung ausgebildet ist, die mindestens eine Komponente des Gleichrichters (23) zur Unterbrechung des Ladens des Kondensators (26) zu einem Zeitpunkt auszuschalten, wenn genügend Spannung oder Energie in der Wechselspannung vorhanden wäre, um den Kondensator (26) weiter zu laden.2. An electronic circuit according to the preceding claim, wherein the electronic circuit is adapted to switch off at least one component of the rectifier (23) for interrupting the charging of the capacitor (26) at a time when sufficient voltage or energy would be present in the AC voltage, to continue charging the capacitor (26). 3. Elektronische Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung ausgebildet ist, die mindestens eine Komponente des Gleichrichters (23) regelmässig oder in jeder Periode der Wechselspannung oder in jeder Halbperiode der Wechselspannung ein- und auszuschalten.3. Electronic circuit according to one of the preceding claims, wherein the electronic circuit is designed to turn on and off the at least one component of the rectifier (23) regularly or in each period of the AC voltage or in each half-cycle of the AC voltage. 4. Elektronische Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung einen ersten Anschluss des Kondensators (26), einen zweiten Anschluss des Kondensators (26), einen ersten Anschluss der Wechselspannung und einen zweiten Anschluss der Wechselspannung aufweist.4. Electronic circuit according to one of the preceding claims, wherein the electronic circuit has a first terminal of the capacitor (26), a second terminal of the capacitor (26), a first terminal of the AC voltage and a second terminal of the AC voltage. 5. Elektronische Schaltung nach Anspruch 4, wobei die elektronische Schaltung ausgebildet ist, den ersten Anschluss des Kondensators (26) mit dem ersten Anschluss der Wechselspannung zu verbinden, wenn die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss der Wechselspannung grösser als die Spannung (Vdd) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Kondensators (26) ist.5. The electronic circuit of claim 4, wherein the electronic circuit is configured to connect the first terminal of the capacitor (26) to the first terminal of the AC voltage when the voltage between the first and second terminals of the AC voltage is greater than the voltage (Vdd ) between the first and second terminals of the capacitor (26). 6. Elektronische Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die elektronische Schaltung ausgebildet ist, den ersten Anschluss des Kondensators (26) mit dem ersten Anschluss der Wechselspannung zu trennen, wenn die Spannung (Vdd) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Kondensators (26) eine Referenzspannung (Vref) erreicht.6. An electronic circuit according to claim 4 or 5, wherein the electronic circuit is adapted to disconnect the first terminal of the capacitor (26) with the first terminal of the AC voltage when the voltage (Vdd) between the first and the second terminal of the capacitor ( 26) reaches a reference voltage (Vref). 7. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der benannte Gleichrichter (23) von Komparatoren (7, 8) angesteuerte Transistoren (231 ', 232') zur alternativen Verbindung des ersten Anschlusses oder des zweiten Anschlusses der Wechselspannung mit dem ersten Anschluss des Kondensators umfasst.7. Electronic circuit according to one of claims 4 to 6, wherein the named rectifier (23) of comparators (7, 8) driven transistors (231 ', 232') for the alternative connection of the first terminal or the second terminal of the AC voltage with the first Connection of the capacitor includes. 8. Elektronische Schaltung nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine benannte Komponente des Gleichrichters (23), mindestens einen dieser Komparatoren (7, 8) umfasst.8. An electronic circuit according to claim 7, wherein the at least one named component of the rectifier (23), at least one of these comparators (7, 8). 9. Elektronische Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Gleichrichter weitere Transistoren (230', 233') zur Verbindung des anderen des ersten und zweiten Anschlusses der Wechselspannung, der nicht mit dem ersten Anschluss des Kondensators (26) verbunden ist, mit dem zweiten Anschluss des Kondensators (26) aufweist.9. An electronic circuit according to claim 7 or 8, wherein the rectifier further transistors (230 ', 233') for connecting the other of the first and second terminals of the AC voltage, which is not connected to the first terminal of the capacitor (26), with the having second terminal of the capacitor (26). 10. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Transistoren (231 ', 232') von zwischen den Transistoren (231 ', 232') und den Komparatoren (7, 8) angeordneten Levelshiftern (10a, 10b) angesteuert werden.10. Electronic circuit according to one of claims 7 to 9, wherein the transistors (231 ', 232') of between the transistors (231 ', 232') and the comparators (7, 8) arranged level shifters (10a, 10b) are driven , 11. Elektronische Schaltung nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine benannte Komponente des Gleichrichters (23) mindestens einen dieser Levelshifter (10a, 10b) umfasst.11. The electronic circuit of claim 10, wherein the at least one named component of the rectifier (23) comprises at least one of these level shifters (10a, 10b). 12. Elektronische Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, aufweisend einen Einschaltdetektor (5) zum Detektie-ren des Zeitpunkts des Einschaltens der mindestens einen Komponente des Gleichrichters (23) und/oder einen Ausschaltdetektor (11) zum Detektieren des Zeitpunkts des Ausschaltens der mindestens einen Komponente des Gleichrichters (23).12. An electronic circuit according to one of the preceding claims, comprising a switch-on detector (5) for detecting the time of switching on the at least one component of the rectifier (23) and / or a switch-off detector (11) for detecting the time of turning off the at least one Component of the rectifier (23). 13. Elektronische Schaltung nach Anspruch 12, aufweisend den Einschaltdetektor (5), um einen Phasenwechsel der Wechselspannung zu detektieren, und um bei dem nächsten benannten Phasenwechsel nach Ausschaltung der mindestens einen benannten Komponente diese mindestens eine Komponente wieder einzuschalten.13. An electronic circuit according to claim 12, comprising the turn-on detector (5) to detect a phase change of the AC voltage, and at the next designated phase change after switching off the at least one named component to turn this at least one component again. 14. Elektronische Schaltung nach Anspruch 12 oder 13, aufweisend den Einschaltdetektor (5), den Ausschaltdetektor (11) und eine Ladefensterschaltung (12) zum Ausgeben eines Ladefenstersignals auf der Basis eines Ausgangs des Einschaltdetektors (5) und des Ausschaltdetektors (11), das ein zeitliches Ladefenster definiert, in dem die mindestens eine Komponente des Gleichrichters eingeschaltet ist.14. An electronic circuit according to claim 12 or 13, comprising the turn-on detector (5), the turn-off detector (11) and a loading window circuit (12) for outputting a load window signal based on an output of the turn-on detector (5) and the turn-off detector (11) defines a temporal loading window in which the at least one component of the rectifier is turned on. 15. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 und nach Anspruch 5 aufweisend den Ausschaltdetektor (11) zum Detektieren, wenn die Spannung (Vdd) zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss des Kondensators (26) höher als die Referenzspannung (Vref) ist.The electronic circuit according to any one of claims 12 to 14 and claim 5, comprising the turn-off detector (11) for detecting when the voltage (Vdd) between the first and second terminals of the capacitor (26) is higher than the reference voltage (Vref) , 16. Elektronische Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche mit einer schalterfreien Verbindung zwischen dem Kondensator (26) und dem Gleichrichter (23).16. Electronic circuit according to one of the preceding claims with a switch-free connection between the capacitor (26) and the rectifier (23). 17. Elektronische Schaltung nach Anspruch 16 mit einer kondensatorfreien Verbindung zwischen dem Kondensator (26) und den mit Spannung zu versorgenden Komponenten der elektronischen Schaltung.17. An electronic circuit according to claim 16 with a capacitor-free connection between the capacitor (26) and the components to be supplied with voltage of the electronic circuit. 18. Elektronische Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung zur Regelung der Frequenz der Wechselspannung (Vgen) ausgebildet ist.18. Electronic circuit according to one of the preceding claims, wherein the electronic circuit for regulating the frequency of the AC voltage (Vgen) is formed. 19. Elektronische Schaltung nach dem vorigen Anspruch aufweisend zuschaltbare Regelkondensatoren (222, 224, 226) zur Regelung der Frequenz der Wechselspannung, Transmissiongates (221, 223, 225) zur Zuschaltung der Regelkondensatoren und Levelshifter (9a, 9b) zum Ansteuern dieser Transmissiongates (221, 223, 225), welche die Regelkondensatoren mit dem ersten und/oder dem zweiten Anschluss der Wechselspannung verbinden, aufweist.19. Electronic circuit according to the previous claim comprising switchable control capacitors (222, 224, 226) for controlling the frequency of the AC voltage, transmission gates (221, 223, 225) for connecting the control capacitors and level shifter (9a, 9b) for driving this transmission gate (221 , 223, 225) which connect the regulating capacitors to the first and / or the second terminal of the alternating voltage. 20. Elektronische Schaltung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die elektronische Schaltung zur Regelung einer Steifigkeit einer piezoelektrischen Spiralfeder (20) für ein Regelorgan eines Uhrwerks ausgebildet ist.20. Electronic circuit according to one of the preceding claims, wherein the electronic circuit for controlling a stiffness of a piezoelectric coil spring (20) is designed for a control element of a movement. 21. Regelorgan für ein Uhrwerk, mit folgenden Komponenten: eine Unruh; eine piezoelektrische Spiralfeder (20); eine elektronische Schaltung (40) nach Anspruch 20, ausgebildet zur Anpassung der Steifigkeit der piezoelektrischen Spiralfeder (20).21. Control mechanism for a movement, with the following components: a balance; a piezoelectric coil spring (20); An electronic circuit (40) according to claim 20, adapted to adjust the stiffness of the piezoelectric coil spring (20).